变频器在通风机中的应用

摘要

对于井下矿山系统而言，通风机作为重要的安全设备，起着安全保障的作用。随着生产对风机调速性能要求的不断提高，传统风机主要采用三相交流电固定转速，从启动到正常运转后一直是保持一个转速，不能根据不同需求而改变转速，既浪费了电能，又由于启动电流过大、启动不平滑容易造成电气、机械故障。

本文以一个使用变频器控制车间铁龙回风斜井185KW的通风机的应用案例，以此风机的节能来展开讲述。根据不同时段和需求要求的不同风量，在不使用变频器控制的情况下，风机只能以最大转速运行。结合变频器来控制风机的转速，实现平滑调速，达到节能的效果。

关键词：风机变频器调速节能

前言

在矿山、冶金、石油等工业生产中，使用着大量的风机，这些机械设备一般都用交流电动机驱动，且功率都比较大，消耗的电能非常可观。仔细观察这些设备的运行状况，可以发现它们大多都不是常年工作在额定功率之上，而是经常只有50—70%，甚至更低的输出量。传统的依靠挡板、阀门或空放回流调节方法致使电动机长期处于低效率、低功率因数状态运行，白白损失掉大量的电能，越是大功率的风机，情况越是严重。

随着我国经济的高速发展，微电子技术，计算机技术，自动化控制技术都得到了迅速发展，交流变频调速技术也已经进入了一个崭新的时代，其应用越来越光。而风机作为矿山企业必不可少的设备与企业的生产效率紧密相关，随着能源的日益紧缺，企业中的设备节能问题就显得尤为重要，采用变频器来控制风机负载，不仅能够实现平滑调速，而且大大节省能耗。

一、改造前风机存在的问题

1、电能的严重浪费。改造之前铁龙回风斜井通风机以额定功率185KW运行，因此造成能源浪费，增加了生产成本。

2、启动电流大，机械容易损伤。风机采用直接启动，启动时间长，启动电流大，对电机的绝缘有着较大的威胁，曾经造成过经常跳闸、交流接触器被烧坏等电气故障。而电动机在启动过程中所产生的单轴转矩现象使风机产生较大的机械振动应力，严重影响到电动机、风机及其它机械的使用寿命。

3、自动化程度低。风机依靠人工调节挡板，更不具备风量的自动实时调节功能，自动化程度低。在故障状态下，如风流短路，将对正常生产造成严重影响。为了设备的安全生产和降低生产成本，提升整体的自动化水平，对风机进行变频调速改造具有非常重要的意义。

二、变频器概述

变频调速是目前国际上最先进的调速技术，变频调速器是一种变频变压的调速，也可称〝交-直-交〞变频器。由于变频器的主回路采用了大功率的晶体管模块，控制回路采用了大规模的集成电路，再加上多种保护功能和自诊断显示功能。因此，具有很高的可靠性，而且维修方便。另外变频器内置有丰富的软件功能，外设有多个控制端子和外部计算机通讯接口，很轻易实现自动控制和过程控制。此外，由于变频器采用了先进的变频变压的控制方法，因此可以很好的实现软启动、软停止和无极变速。变频器对电机速度的控制正确，启动力矩大、电流小，而且功率因数很高，在很好满足工厂现场要求的同时，改善了供电电网，大大缓解了工厂电源容量紧张，而且节约了大量的电能。

使用变频器，不但节能效果明显，而且在安装使用维护人工等均有明显的上风。变频器体积小，塑料或金属外壳封装，安装简便，改造工作量小，工程周期短，无须太大的安装用度。其次，采用变频器可根据负载量适时调节，以满足工艺要求的风量或水量。再者，变频器投进使用后电机的启动电流成倍减小，既保护了电网又降低了电源设备量的要求，节省了电源的投资。而且变频器投用后，变频器可以在任何压力下随意启动，启动电流大大降低，降低噪音，减少震动，保证设备的长期稳定运行，从而减少设备维护，延长设备使用寿命。故障率降低，几乎无须维修，节约了大量的人力、物力，大大降低了系统的维修用度，同时生产工效的进步，也将会带来可观的效益。

三、改造过程

1、变频器的选用

目前，市场上变频器产品较多。一般说来，国外的产品其元件及性能应较好，但价格较高，变频器的选型对整个改进的运行情况和节能的效果起较大作用，为保证风机可靠运行和改进后的节能效果，设计选用ABB公司的ACS800-04系列变频器。输出功率为0.75～260kW，工作频率为0～400Hz，用于控制交流电机的传动模块,可托动至260kW的电机。它具有的许多优点使其成为嵌入式设计的最佳选择。主电缆的输入端位于模块的顶部，而电机电缆端则位于模块的左侧。

2、变频器参数设定

结合车间185KW通风机设备参数设置如下：

（1）电机基本参数设定：电机电压：380V、电机电流:281A、电机频

率:50HZ、电机转速1450r/min、电机功率:185KW

（2）控制方式：变频器采用手动/自动宏，能够实现现场和控制室两地控制。通风机现场为控制地EXTI，启动方式为DI1（脉冲启动），通过现场操作柱按钮来实现启停，控制室为控制地EXT2，启停方式为DI6，通过DCS来控制启停，控制地的选择通过一个转换开关SA接入到DI3，利用它的通断来切换。

（3）电机控制模式：采用直接转矩控制DTC模式。

（4）调速方式：两地调速方式。一是通过现场操作柱上的调速电位器发出的0-10V模拟信号输入到AI1来调速，另一个是通过控制室DCS发出的4-20mA 模拟信号输入到AL2来调速。同样是通过转换开关SA的通断来实现切换。

（5）各种信号显示：操作屏有运行显示（通过RO1输出，参数定义为running）和电流显示（AO2输出4~20mA），控制室有运行信号（通过RO2输出，参数定义为running）、转速信号（AO1输出4~20mA）、电流信号（扩展模块输出4~20mA）、以便于及时监控调节负荷大小。

图一

在系统组态编程方面，变频调速操作控制嵌入到原DCS系统中。通过上位机可以对变频器进行启动、停机、调速等控制，在上位机上显示变频器的运行数据和当前状态。为了保障调速系统的可靠性。在上位机流程画面上保留原DCS系统上位机控制方式，作为系统备用，在变频器控制异常时能即时通过手动切换开关切换到原工频控制方式。