魏书华1 , 阳廷军2
(1. 重庆工学院, 重庆400050 ; 2. 煤炭科学研究总院重庆分院, 重庆400037)
摘要: 介绍了变频调速技术在煤矿风机中的应用情况及现有变频调速装置在实际应用中的不足之处,主要阐述了ZJTS 系列矿用隔爆兼本质安全型双电源风机自动调速装置的研发过程,它有别于原有变频调速装置的优点和该调速装置具有广阔的应用前景。
关键词: 矿用隔爆; 双电源; 局部风机; 调速装置
0 引言
当前,我国煤矿使用的局部通风机数量多,功率大,是能耗最大和浪费较严重的设备之一。从理论上讲,对风机调速是调节风机性能、降低能耗的最佳方法之一。随着科学技术的不断发展,防爆变频调速装置以其卓越的调速性能,显著的节能效果在煤矿领域得到广泛的运用。
变频器调速装置与通风机能够有效地匹配使用,也能满足矿井的通风节能需求。但在大部分煤矿的实际运用中却存在如下问题:
(1) 1 台变频调速装置和1 台局部对旋轴流式通风机配套使用时,当运行出现故障,或因为局部通风距离过长而需要移动风机的情况下,就必须停掉电源进行检修或移动风机,检修期间无法继续通风,这就影响了工作进度和生产安全;
(2) 当煤矿井下只有一路供电电源为变频调速装置供电时,如果供电电源出现故障,变频调速装置就不能正常工作,通风机也就不能再继续通风,同样也会影响工作的进度和生产安全。
为了解决上述问题,煤碳科学研究总院重庆研究院提出了ZJTS 系列矿用隔爆兼本质安全型双电源风机自动调速装置(以下简称调速装置) 的研究课题,该调速装置由双路供电电源供电,配备2 台对旋风机工作,电源和设备都一用一备,这样就能有效地解决电源故障问题和设备故障问题,从而提高了生产效率,也保证了生产安全。
1 调速装置的结构设计及工作原理
该调速装置的总体结构如图1 所示。主要由人机操作界面、隔爆箱体、真空热管散热器、双电源控制器、进出线接线腔、变频调速控制系统、自动控制系统、本安电源、双风机控制器、频率转换器等单元组成,外接瓦斯浓度传感器和主、备局部通风机。实现了按设定瓦斯浓度值,自动调节通风机转速,达到按需定量通风的目的。同时也实现了专用供电线和备用供电线、主通风机和备用通风机的自动切换的目的。
该调速装置的电气原理如图2 所示。系统上电后,控制系统开始自检,大约10s 后系统开始运行。如系统设定为手动方式,进入液晶显示屏的手动控制画面进行操作。如系统设定为自动方式,调速装置会自动低速起动,根据瓦斯浓度传感器的值自动进入各种状态:自动排瓦斯、自动通风等状态。风机的停止必须进入手动控制画面把调速装置设定为手动方式后按电机停止数字键,自动方式不能停止风机运行。
2 调速装置的安装布置及主要技术参数
调速装置在巷道掘进时的安装布置如图3 所示。对旋轴流式局部通风机安装在工作面,3 个瓦斯监测传感器安放在3 个不同的检测点。瓦斯传感器输出电信号传给调速装置,通过系统处理后调速装置再分别对一级风机和二级风机进行调速。这样就实现了安全排放瓦斯和节能通风。
3 调速装置的技术特点与创新
(1) 系统自动化
该调速装置对工作地点瓦斯浓度进行实时检测,通过变频调速器和自动控制系统处理信号,智能调节通风机输入电源的频率,达到按需通风的目的。适用于长时间、无人值守连续工作的场所。
(2) 系统运转稳定可靠、安全
该调速装置从瓦斯信号的采集,控制模块的分析、运算,各单元之间的通讯,到执行机构运行,均采用国内先进技术和元件。软件逻辑关系清晰明确,操作性强,具有过流、缺相、过电压、欠电压和过热等完善的软硬件保护功能。
(3) 高效可靠的散热
该调速装置的主要发热元件分布在防爆箱体的集热基板上, 其散热的好坏直接影响到装置的性能。采用国内成熟的热管散热技术, 特制的散热装置用铜板作为集热基板, 真空热管作为传热途径, 叉指式铝片作为散热元件。其散热效率和可靠度都很高。
(4) 主、备用风机自动切换
当主用风机或备用风机出现故障时,调速装置控制系统会自动检测电流信号,输出命令使执行机构切换到备用风机或主用风机工作。实现主、备用风机自动切换功能。
( 5) 双电源自动切换
当专供线路或备供线路有故障或停电时, 调速装置控制系统会自动检测输入电流信号,输出命令使执行机构自动切换到备供线路或专供线路工作。实现双电源自动切换功能。
4 结语
该调速装置兼顾了其他变频调速装置调速的优点,同时很好地实现了专用供电线和备用供电线、主通风机和备用通风机的自动切换的目的。解决了煤矿风机维修和电源故障带来的停机问题,提高了煤矿生产的安全,并实现了按设定瓦斯浓度值,自动调节通风机转速,达到按需定量节能通风的效果。
参考文献:
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