第1期山西焦煤科技2008年1月Shanxi Coking Coal Science TechnologyJan.2008試驗研究·風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能及節(jié)能預(yù)算方法的研究杜欣慧①王孝(太原理工大學(xué)電氣與動力工程學(xué)院)摘要論述了風(fēng)機(jī)節(jié)能原理,并對幾種常用的節(jié)能調(diào)節(jié)方法進(jìn)行了比較,得出變頻調(diào)速為最理想的節(jié)能調(diào)節(jié)方法,且對變頻調(diào)速節(jié)能的本質(zhì)進(jìn)行了分析。對風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的組建進(jìn)行了闡述,并針對礦井通風(fēng)變頻器的選擇和頻率信號控制器的選擇進(jìn)行了分析,風(fēng)機(jī)作為一種對轉(zhuǎn)速精度要求不高的負(fù)載,變頻器可選擇最廉價的SPWM脈寬調(diào)制的減平方轉(zhuǎn)矩變頻器,為了適應(yīng)礦井惡劣環(huán)境,可采用PLC進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。指出傳統(tǒng)節(jié)能預(yù)算之所以誤差較大的誤區(qū),得出風(fēng)機(jī)節(jié)能預(yù)算的法和公式。關(guān)鍵詞變頻器;PLC;節(jié)能預(yù)算“十五”以來,隨著我國國民經(jīng)濟(jì)取得可喜的成阻力最小,風(fēng)機(jī)運行在高效區(qū),則風(fēng)機(jī)耗電量最小以績我國能源日益緊張能源從2001年開始制約我國下針對常用的風(fēng)機(jī)節(jié)能調(diào)節(jié)方式進(jìn)行比較得到一種國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,2006年中央提出把節(jié)約資源作為最節(jié)能的調(diào)節(jié)方式?；緡?在我國第二產(chǎn)業(yè)一工業(yè)在能源消耗中占據(jù)比重較大,因此,節(jié)能已成為工業(yè)發(fā)展的重中之重。據(jù)中國電工學(xué)會統(tǒng)計,風(fēng)機(jī)水泵作為同一類負(fù)載,其耗電量占工業(yè)用電量近一半,占全國總發(fā)電量的31%,且絕大部分工作在變流量情況下,節(jié)能潛力巨大,因此,做好風(fēng)機(jī)、水泵的節(jié)能已成為工業(yè)節(jié)能重點風(fēng)機(jī)的節(jié)能途徑1.1風(fēng)機(jī)性能分析風(fēng)機(jī)的性能曲線是指在一定的轉(zhuǎn)速下風(fēng)壓P功圖1風(fēng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的Q-P曲線率N(軸功率)、效率η與流量Q的關(guān)系曲線,風(fēng)機(jī)作為一種流性機(jī)械,其性能曲線復(fù)雜多變。要使風(fēng)機(jī)的理論節(jié)能量達(dá)到最大,必須對其性能曲線進(jìn)行詳細(xì)分析。圖1為風(fēng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的Q-P曲線n1、n2、n3(m1>n2>n3),其中:a、b、c為管網(wǎng)阻力曲線,其與n1、n2、n3的交點為風(fēng)機(jī)的運行工礦點。圖2為風(fēng)機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的Q-n曲線,其中虛圖2風(fēng)機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的Q-7曲線線為理論曲線實線則為實際風(fēng)機(jī)的性能曲線。由上1.2中國煤化工述性能曲線可得到:如果能在風(fēng)機(jī)運行中,保持管網(wǎng)CNMHG①作者簡介:杜欣慧女1965年出生1989畢業(yè)于太原理工大學(xué)碩士研究生教授太原030042008年第1期杜欣慧等:風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能及節(jié)能預(yù)算方法的研究211)從選型上應(yīng)選擇與實際工況匹配的風(fēng)機(jī)。的同時,P同時下降,在滿足工況要求的情況下,節(jié)能2)從風(fēng)機(jī)管路設(shè)計上盡量減少管網(wǎng)阻力。效果最佳,故風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)方3)對風(fēng)機(jī)進(jìn)行變工況運行控制。通常,風(fēng)機(jī)選式所以變頻調(diào)速因其轉(zhuǎn)差功率不變、風(fēng)機(jī)效率高、調(diào)型和管路設(shè)計在前期設(shè)計時已固定如要進(jìn)行改動是速范圍寬、可實現(xiàn)軟啟動、占地面積小可一機(jī)多用不切實際的,因此,風(fēng)機(jī)變工況運行成為風(fēng)機(jī)運行節(jié)改造方便以及節(jié)能效果顯著現(xiàn)正逐步成為風(fēng)機(jī)節(jié)能能的重點。改造的主要手段。風(fēng)機(jī)變工況運行的幾種常用方法比較:1)節(jié)流調(diào)節(jié)。節(jié)流調(diào)節(jié)是在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定的情況下,利用開關(guān)壓力閥門以改變管網(wǎng)曲線來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)流量(見圖1)。風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)速為n1,運行工礦點為A點此時流量為Q1,風(fēng)壓為q1,當(dāng)通過壓力閥門使其流量變?yōu)镼2時,則相應(yīng)風(fēng)壓升高為q2,管網(wǎng)阻力升高,工礦點變?yōu)锽點。風(fēng)機(jī)輸入軸功率未變,大部分Q叫的電能被消耗在管網(wǎng)和閥門上,節(jié)能效果較低。節(jié)流圖3風(fēng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的變工礦運行調(diào)節(jié)浪費能源表現(xiàn)在:a)節(jié)流調(diào)節(jié)后,雖然流量下2風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能降,但軸功率沒有下降,風(fēng)機(jī)效率下降,造成能源浪2.1變頻調(diào)速系統(tǒng)的實現(xiàn)費。b)節(jié)流調(diào)節(jié)后,壓頭升高,使單位流量的能耗增風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造系統(tǒng)示意圖,見圖4加。c)節(jié)流后,可能使運行點偏離運行高效區(qū),造成用戶給定信號能源浪費。因此,節(jié)流調(diào)節(jié)是一種不經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)方法“時2)液力耦合器調(diào)速節(jié)能。液力耦合器調(diào)速是利用液體傳遞扭矩,在電動機(jī)轉(zhuǎn)速恒定的情況下,通過耦合器當(dāng)中的泵輪與渦輪及勺管等裝置的調(diào)節(jié),使液體傳遞扭矩而改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種調(diào)速方式雖然圖4風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)示意圖比較成熟且具有功率因數(shù)高、維護(hù)方便等特點曾得到1)變頻器的選擇。由于風(fēng)機(jī)類負(fù)載在過載能力過廣泛應(yīng)用,但因?qū)儆诨钫{(diào)速所以有滑差功率損方面的要求較低,由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正失,調(diào)速范圍相對較窄,與離心式風(fēng)機(jī)匹配調(diào)速范圍比,所以低速時負(fù)載較輕。又因為這類負(fù)載對轉(zhuǎn)速的較小,且占地面積大,配用設(shè)備較多,改造較麻煩。隨精度要求不高,故可選擇比較廉價的普通功能型通用著近年來變頻調(diào)速技術(shù)的快速發(fā)展,已有被完全取代變頻器。因通用變頻器大多采用SPWM調(diào)制,變頻的趨勢。器的使用會給電網(wǎng)帶來高次諧波分量,故在選型E3)變頻調(diào)速節(jié)能。隨著近幾年變頻調(diào)速技術(shù)的要盡量選取高次諧波小的變頻器。趨成熟,變頻器的使用已成為各種類型電動機(jī)調(diào)速2)頻率信號控制。以礦用通風(fēng)機(jī)為例,對風(fēng)機(jī)的主要手段。在風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造方面利用變頻改造變頻調(diào)速的頻率給定問題進(jìn)行闡述。一般認(rèn)為,變頻亦能取得較好的節(jié)能效果。風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速是在不改調(diào)速不宜低于額定轉(zhuǎn)速的50%,最好處于75%變管網(wǎng)阻力(即相似工況)的情況下,通過改變輸入100%之間,并應(yīng)根據(jù)實際工礦確定。最小轉(zhuǎn)速可根電流頻率來改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速使風(fēng)機(jī)保持高效運行,以據(jù)實V凵中國煤化工行確定受礦井環(huán)達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)流量的目的見圖3。風(fēng)機(jī)在變頻調(diào)速境較卻CNMHG制器的選擇宜采時管網(wǎng)阻力不變,風(fēng)機(jī)運行在相似工況條件下,風(fēng)機(jī)用PLC控制,可通過PLC與變頻器遠(yuǎn)程通信實現(xiàn)轉(zhuǎn)效率幾乎保持不變,故相似工況點就是等效率點(A、速控制,工作可靠B、C點),風(fēng)機(jī)保持在高效區(qū)運行,且在流量Q下降對于變頻器控制信號的整定可采用常規(guī)的PD山西焦煤科技2008第1期控制。PID控制屬于偏差控制,一般需將被控量設(shè)定在實際風(fēng)機(jī)變頻改造中應(yīng)根據(jù)風(fēng)機(jī)運行工作點、初值在控制過程中利用偏差進(jìn)行PD調(diào)節(jié)以保持風(fēng)機(jī)特性曲線和效率曲線進(jìn)行節(jié)能預(yù)算得到的預(yù)算被控量恒定不變。在礦井瓦斯監(jiān)測中宜采用PD控值才能接近實際中的節(jié)能量。制設(shè)定瓦斯?jié)舛仍谝?guī)定值以下,利用瓦斯傳感器所對于風(fēng)機(jī)效率,實際運行中的風(fēng)機(jī),其等效率曲采集的信號與設(shè)定值的偏差進(jìn)行風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制在控線與利用相似定律計算出的等效率曲線有一定偏差制風(fēng)量滿足實際工礦條件下達(dá)到節(jié)能目的。特別是在低速時,實際效率曲線不是通過坐標(biāo)原點,22節(jié)能預(yù)算而是向效率較高的方向偏移,見圖5,圖5中虛線為通常認(rèn)為風(fēng)機(jī)在相似工況下(即管網(wǎng)阻力近似根據(jù)相似定律計算得到的等效率曲線,實線為由試驗不變)不同轉(zhuǎn)速時,其性能參數(shù)滿足如下關(guān)系測得的等效率曲線因此可以在風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速運行中Q=1P=(2y;M=();通過實際測量后得到,并通過曲線擬合得到一條風(fēng)機(jī)Q2 n,效率曲線。對于風(fēng)機(jī)變頻后的節(jié)能預(yù)算,不能簡單地以流體力學(xué)的這些基本定律進(jìn)行,否則會出現(xiàn)預(yù)算量與實際節(jié)能量相差較大的后果。簡單地以流體力學(xué)基本定律進(jìn)行計算主要存在以下誤區(qū)1)風(fēng)機(jī)風(fēng)門全開時的實際運行點不一定就是風(fēng)機(jī)設(shè)計的額定工作點風(fēng)機(jī)運行點與實際工況條件有很大關(guān)系,應(yīng)根據(jù)實際工況進(jìn)行測定。2)也不能簡單地認(rèn)為電動機(jī)的額定功率就是風(fēng)機(jī)的軸功率,因為在選取電動機(jī)時會以風(fēng)機(jī)的功率為圖5實際風(fēng)機(jī)等效率曲線基準(zhǔn)并留有一定余量。若忽略電動機(jī)效率傳動效率和變頻器效率在變3)還有的簡單地把風(fēng)機(jī)利用閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)時的頻前后的變化,風(fēng)機(jī)變頻運行前后的節(jié)能量P可按閥門壓力損失當(dāng)作變頻調(diào)速后的節(jié)能量,這是完全錯以下公式進(jìn)行。誤的。因為閥門調(diào)節(jié)使風(fēng)機(jī)效率降低,有很大一部分P, = Pal能量損失在了管路中,但從上面對變頻調(diào)速的分析中勿n)可以看出,風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速運行中風(fēng)機(jī)效率始終保持在式中:Pm和P一變頻前和變頻后的變頻器輸入功高效區(qū),幾乎不變這是變頻調(diào)速之所以節(jié)能的根本。率;對于風(fēng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能應(yīng)從系統(tǒng)整體考慮T和m一變頻前和變頻后的風(fēng)機(jī)效率。因為在風(fēng)機(jī)變頻運行過程中,風(fēng)機(jī)有效功率P,風(fēng)機(jī)3結(jié)語輸入功率(即軸功率)N電動機(jī)效率ηn,變頻器效率在我國各行業(yè)中,風(fēng)機(jī)應(yīng)用很廣泛,傳統(tǒng)的利用7傳動效率ma,風(fēng)機(jī)效率v,這些量在實際運行中節(jié)流閥門來進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié),效率低下能源消耗嚴(yán)重。都是隨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而不斷變化的,且各量有如下在進(jìn)行變頻節(jié)能后,節(jié)能效果可觀風(fēng)機(jī)運行效率高關(guān)系節(jié)能效果顯著。故隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)和微電子N= Po/n Pin = N/(n,mmna)技術(shù)的不斷進(jìn)步風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能將成為風(fēng)機(jī)節(jié)能的主式中:P一變頻器輸人功率。要手段。收稿日期2007-11-06[1]麻文軍變頻調(diào)速供水節(jié)能效率分析與計算方法[刀科技與經(jīng)濟(jì),200(4dHA中國煤化工文CNMHG[2]商坤王建軍變頻調(diào)速在煤礦礦井通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用[刀媒礦安全,200(0)[3]劉應(yīng)誠邵萬珍風(fēng)機(jī)、水泵調(diào)速節(jié)能技術(shù)問答[運行與應(yīng)用,20063)(下轉(zhuǎn)第33頁)2008年第1期王江澤等:礦井通風(fēng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)評價方法研究33神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測中根據(jù)具體情況不斷吸收新樣本使色因素。通過灰色關(guān)聯(lián)度分析能夠撇開復(fù)雜指標(biāo)而待識別樣本神經(jīng)元的最大值最小值包含在訓(xùn)練樣本對主要指標(biāo)進(jìn)行分析對準(zhǔn)確礦井通風(fēng)系統(tǒng)評價具有中,這樣可以提高識別的準(zhǔn)確性定指導(dǎo)意義。結(jié)論3)選擇評價成莊礦通風(fēng)系統(tǒng)的11個主要控制1)對成莊礦通風(fēng)系統(tǒng)評價指標(biāo)關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果指標(biāo),利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法建立了礦井通風(fēng)系統(tǒng)評價表明,影響成莊礦通風(fēng)系統(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)是用風(fēng)地點風(fēng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了評價,評價結(jié)流穩(wěn)定性、有效風(fēng)量率、噸煤通風(fēng)機(jī)電費果證明,運用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型評價礦井通風(fēng)系統(tǒng)是2)礦井通風(fēng)系統(tǒng)評價指標(biāo)涉及到許多模糊性、可行的。隨機(jī)性,即呈現(xiàn)灰色特性的因素,應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)分析法能定量地處理礦井通風(fēng)系統(tǒng)評價指標(biāo)設(shè)計中的灰收稿日期200-12-17文獻(xiàn)[1]羅慶成徐園新灰色關(guān)聯(lián)分析與應(yīng)用[M].南京:江蘇科學(xué)技術(shù)出版社,1989[2]傅立灰色系統(tǒng)理論及其應(yīng)用[M],北京科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社1992[3]施鴻寶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用[M]西安:西安交通大學(xué)出版社,1987[4]郭德勇李念友裴大文等煤與瓦斯突出預(yù)測灰色理論[刀.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法研究,2007Evaluation Method of Mine VentilationSystem by mathematicsWang Jiangze Liu Xiangbing Liu YingliangAbstract Applying the grey theory and neural network method to evaluate mine ventilation system, grey corre-lation method of grey systems theory was applied to determine main controlling index of the mine ventilation systemperformance and filtrate evaluation index. On this basis, the artificial neural network model and system architecture ofthe ventilation systems evaluation is establishedKey words Evaluation of mine ventilation system; Gray relevancy; Artificial neural network(上接第22頁Research on Variable Frequency Speed Control of Fans andBudget Method for Energy SavingDu Xinhui Wang XiaoAbstract Discusses the energy-saving principle of fans and compares several of general methods for energyving, to get the conclusion that variable frequency speed control is the most ideal control method of fans controllyses essence of energy-saving cause by variable frequency speed control. Finally, fans for coal mineis taken for example, the system of variable frequency speed control中國煤化工 -for energy savingCNMHGKey words Converter i PLC; Budget method for energy saving