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矿井通风机应用变频技术开拓节能新领域

一、矿井通风机


矿井通风机是煤矿生产中重要的固定设备,其运行直接关系到煤矿生产的安全。在煤矿生产设备中,通风机设备主要用于通风系统,向井下输送新鲜空气,增加井下氧气浓度,消除井下有害气体。通风系统通常根据生产需要对压力、风速、风量和温度指标进行控制和调节,以适应工艺要求和操作条件,最常用的控制手段是通过调节风门和挡板的开度来调节被控对象。这样,无论生产需求如何,通风机都要全速运转,工况的变化使风门和挡板的节流损失能量。这种调节方式不仅限制了控制精度,还造成了大量的能源浪费和设备损耗,导致生产成本增加,设备使用寿命短,设备维护维修成本高。

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风机设计过程中管网管理阻力难以计算,更难以考虑长期运行过程中出现的各种问题。因此,系统的最大风量和风压裕度总是作为选择的依据,风机的型号和系列分类是有限的,因此在没有选择合适的风机运行时,通常会倾斜,这使得裕度大于20%-30%的选择。当这些裕量过大的风机运行时,只有风门或风道挡板的开度能够满足生产工艺对风量的要求。


利用调速装置,通过改变风机的转速,从而改变风机的风量来满足生产过程的需要,这种调节方式称为风机调速。以调速方式运行的风机能耗最低,综合效益最高。交流电机的调速方式有很多种,其中变频调速是最高效的调速方案,可以实现风机的无级调速,并且可以方便地形成闭环控制系统,实现恒压、恒温或恒风量控制。


二、矿井通风机变频器的选择


变频器在矿井通风机中的应用有两个主要功能。第一,变频器在矿井通风机中的应用可以提高通风机的使用效率,即可以节约能源。其次,提高了矿井通风系统的自动化控制程度,闭环控制方式可以有效提高通风机的自动化控制程度,提高节能效果。那么,矿井通风机如何选择变频器呢?

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首先要考虑风机在当前运行条件下是否有节能潜力。如果风门几乎完全打开,满足矿井所需风量,那么这台风机就不需要安装变频;反之,可以考虑选择变频器调速。其次,矿井通风机属于平方转矩负载,因此应选择适合通风机的通用变频器。一般应根据主风机电机的额定电流选择变频器。变频器的电压等级应满足电源和电机的额定电压要求,额定输出电流大于主风机电机的额定电流。另外需要注意的是,变频器频繁运行的频率不能太低,以防电机温度过度升高。最后,应选择质量可靠、售后服务好的正规厂家的变频器产品。


三、矿井通风机变频闭环控制系统


闭环控制是控制论的一个基本概念。指受控输出以某种方式返回受控输入,并对输入施加控制影响的控制关系。在控制论中,闭环通常意味着输出端通过“侧链”反馈给输入端。输出端反馈给输入端,参与输出端再控制,这是闭环控制的目的。闭环控制是根据被控对象的输出反馈进行校正的控制方式。它根据定额或标准修正实际与计划之间的偏差。闭环控制,从输出的变化中取出控制信号作为比较量反馈到输入端控制输入量。一般取出量的相位与输入量相反,所以称为负反馈控制。自动控制通常是闭环控制。闭环控制有反馈环节,提高了系统的精度,缩短了响应时间。适用于对响应时间和稳定性要求较高的系统。

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1、矿井通风机闭环控制系统设计


矿井通风机闭环控制系统的主要目的是解决现有通风机不能根据现场环境自行调整工作状态,导致电能浪费和安全隐患的问题。矿井通风机闭环控制系统由通风机、变频器和可编程控制器组成。可编程逻辑控制器配有反馈信号采集单元,呼吸机、变频器、逻辑控制器和负反馈采集单元构成闭环控制单元。该系统可以实时采集矿井瓦斯浓度、风机风压等数据,闭环控制风机转速,提高了智能化程度,有效节约了电能。此外,风机还配有过压、欠压、超温保护装置,当一台风机机组出现过压、欠压或超温时,可自动切换到另一台风机,实现了故障时风机的智能切换,使风机能够在井下实时送风,提高了井下工人的安全系数。


2、矿井通风机变频闭环控制系统的组成


矿井通风机闭环控制系统通常由通风机、变频器、可编程控制器、气体浓度传感器、压力变送器、温度传感器等组成。矿井通风机闭环控制系统包括至少两套由通风机、变频器、可编程逻辑控制器和信号采集单元组成的闭环控制单元,各闭环控制电路的可编程逻辑控制器联锁。


3、矿井通风机变频闭环控制系统的具体实施


矿井通风机变频闭环控制系统包括通风机、控制通风机正反转和转速的变频器、控制变频器输出频率的可编程逻辑控制器、采集反馈信号的反馈采集单元,包括气体浓度传感器和压力变送器。


可编程逻辑控制器、变频器风扇和气体浓度传感器构成正反馈闭环C1,闭环C1被设置为最高优先级。气体浓度传感器用于收集其浓度反馈信号。当气体浓度超过预设值或上升时,气体浓度信号将反馈给可编程逻辑控制器。PID运行后,可编程逻辑控制器控制风机转速增加,即增加风机风量,降低气体浓度。


可编程逻辑控制器、变频器、呼吸机和压力变送器组成负反馈闭环C2,闭环C2的优先级低于闭环C1,即当气体浓度过高或上升时,闭环C2不工作,只有当气体浓度低于预设值或稳定不上升时,闭环C2的压力变送器才会将风压信号传输给可编程逻辑控制器, 如果风压高于预设值,则向变频器发出降低风机转速的指令,从而达到节约电能的目的。 通风机和电网之间设置有紧急启动开关。当变频器、可编程控制器、传感器等闭环系统出现故障时,呼吸机可直接接入电网,以50Hz频率直接运行。


四、结束语


变频控制技术在矿井通风机中的应用,可以实现通风机的节能经济运行,通过PID或PLC与各种传感器组成的闭环控制系统,实现矿井通风系统的全面自动监控。矿井通风机闭环控制系统具有很强的实时监控和故障诊断能力。通过风机频器控制系统驱动通风机,可以克服电机启动时大电流的影响,明显提高通风机的管理水平,保证井下送风的安全性、合理性和稳定性。

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