變頻調速裝置在礦山通風系統中的節能應用

王星星

(南京銀茂鉛鋅礦業有限公司，江蘇 南京 210033)

一 前言

我礦山主要開采鉛鋅銀等金屬，井下空氣主要含有金屬粉塵、雷管爆炸煙霧等，井下通風最深達海拔－625 米(下文此類數字皆為海拔)，空氣的質量直接關系到工人人身安全。為此井下分別在+14 米、－325 米和－475 米放置了3 臺132KW的風機，每臺風機年耗電量在100 萬度以上。此前每臺風機皆為恒定轉速運行，無論白天夜間風量固定。風機主電機為132KW 三相異步電機，采用星三角啟動方式，控制方式為老式接觸器控制，不具備任何智能調速、節能措施，若使用變頻調速具有很高的節能前景。電機參數如下:

型號:Y315M－4 功率:132KW 額定電流:241A 級數:4 極轉速:1490 轉電壓:380V 效率:94.0% 功率因素:0.89

二 改造目的

前期我司在井下－525 米安裝了具有變頻調速的風屏，運行以來性能穩定，實現了白天和夜晚速度的自動調節。改造后的優點是明顯的，主要解決了兩個問題:

解決了由于嫌風大井下工人經常自行關閉風機，且沒有人再去開風機的問題。

解決了夜間工人少風量大對電能的浪費情況。有鑒于變頻智能調速在－525 米風屏中的成功應用，我礦井下+14 米風機同樣可以采用變頻器調速:1)增大風機葉片角度:降低電機轉速，目前風機葉片角度為22.5 度，改造后可以將風機角度調大，比如30－35 度，這樣實現同樣風量的情況下可以降低電機轉速，實現節能。2)降低電機最大運轉速度:在供風充足的前提下，可以嘗試降低轉速為目前的80%，即運行頻率為40Hz或者更低。(具體頻率需在實際應用中總結調整)3)智能定點調節風速:白天人多的情況電機運行在高速狀態下，如每天的7 點至22 點，電機以高頻率運行(比如40Hz)，以確保井下人多時的風量供應，夜間22 點至第二天7 點前，風機可以運行在較低的轉速下(比如20Hz)。

三 原理方法

工程在保持現有控制柜的基礎上，增加了一臺GGD 電氣柜。主要新增設備包括:風機水泵專用的富士VP 系列變頻器(具體型號為FRN132F1S－4C)和微電腦時間控制開關。

微電腦時間控制器:設定切換的時間節點，這里我們主要設置了兩個節點早上7 點和夜間的22 點，通過它控制兩個中間繼電器。

變頻器:工作模式設置在多段速模式，上述兩個繼電器控制變頻器的X1、X2 端子，調節變頻器的內部參數C05、C06 分別為40Hz 和20Hz。

這樣當微電腦時間控制器切換時，相應的繼電器動作，實現了變頻器速度的自動切換。

四 節能效果

理論上，變頻器節能最為明顯的是在風機水泵行業，因風機水泵的消耗功率與轉速成正比，所以當外界用風/水量不高時，使用變頻器自動將轉速降低，節能效果明顯。我們知道，要改造的風機變頻器運行在50Hz 以下屬于恒轉矩調速，不管高速還是低速，電機輸出轉矩是基本不變的，電機電流也基本不變。變頻器調速時，電機的電壓與頻率基本上成正比，由此可以看出來，電機在低速時功率是小于高速的功率的。

根據變頻器恒定轉矩調速原理，電機消耗功率和轉速成正比，即P 正比于n，由此，可以假設當電機運行頻率從50Hz減低到40Hz 時，能夠節能20%。工程完工后，+14 米風機運行在下列工況下:每天早上7 點至22 點運行在高速40Hz，22點后至第二天7 點前，風機運行在低速20Hz，即高速運行15小時，低速運行9 小時，可以計算出:

這種情況下，節電可達35%，全年節電可達100 萬×3 臺×35%×1 元=105 萬元。

五 不足與再改進

采用這種變頻器與時間控制器的方式并不是最完美的方式，它屬于開環無回饋且只能是二段速控制，但是處于節省設備成本的角度考慮是非常可行的。

若需進一步優化這套系統的控制，如實現它的無級調速或三段速以上閉環控制，可以采用PC、PLC 加風壓測量傳感器，實現對風機速度的全自動調節:PC 用于設定工況(人機對話接口);PLC 具有多節點輸出，模擬量、數字量輸入輸出等更多功能，可以實現無級或多段速調速;風壓傳感器可以實時測出環境風壓。

為此，我們可以在PC 中預設一個工作狀態，如每天幾點，每周周末甚至于井下作業人數的狀態，確定在每個時間節點的工況，即風速要求，然后根據風速要求自動確定變頻器的工作頻率，由PLC 控制變頻器;風壓傳感器反饋環境風壓給PLC，與預設值進行比較，進而由PLC 進一步優化變頻器的頻率，實現閉環自動調速，從而最大限度實現對能源的節約。

［1］富士風機水泵型變頻器說明書富士電機系統株式會社

［2］曾毅等.變頻調速控制系統的設計與維護，山東科學技術出版社