10、通风机电控技术—王胜利

1、通风机电控技术技术服务部技术服务部 王胜利王胜利 电话电话 0391-29039280391-2903928 通风机电控技术通风机电控技术n主要内容：主要内容： 一、通风机的作用及规定一、通风机的作用及规定 二、通风机的分类二、通风机的分类 三、通风机的性能参数三、通风机的性能参数 四、通风机现场主要设备四、通风机现场主要设备 五、通风机电气控制五、通风机电气控制 六、为什么要用变频器六、为什么要用变频器 七、节能原理七、节能原理 八、方案配置八、方案配置 九、风机在线监测九、风机在线监测 通风机电控技术通风机电控技术一、主通风机的作用及规定：一、主通风机的作用及规定：n矿井通风设备的作用就是

2、给井下工作人员输送足够的新鲜空气，矿井通风设备的作用就是给井下工作人员输送足够的新鲜空气，稀释排除有害、有毒、爆炸气体，调节井下空气的温度和湿度，稀释排除有害、有毒、爆炸气体，调节井下空气的温度和湿度，改善工作环境，保证安全生产。改善工作环境，保证安全生产。n煤矿安全规程煤矿安全规程规定：规定： 每一矿井都必须采用机械通风。机械通风有两种通风方式，每一矿井都必须采用机械通风。机械通风有两种通风方式，即抽出式和压入式。我国采用抽出式通风机，即通风机的进风侧即抽出式和压入式。我国采用抽出式通风机，即通风机的进风侧与巷道相接，将井下污浊空气抽至地面。与巷道相接，将井下污浊空气抽至地面。 必须安装两套

3、同等能力的主要通风机装置，其中一套备用，必须安装两套同等能力的主要通风机装置，其中一套备用，备用风机必须保证在十分钟内启动。备用风机必须保证在十分钟内启动。 生产矿井主要通风机必须装有反风设施，并能在十分钟内生产矿井主要通风机必须装有反风设施，并能在十分钟内改变风道中风流方向。改变风道中风流方向。 通风机电控技术通风机电控技术二、通风机分类二、通风机分类 通风机主要从以下几个方面分类：通风机主要从以下几个方面分类：通风机按服务范围分为：通风机按服务范围分为： 主要通风机主要通风机-负责全矿井或某一区域通风任务的通风机负责全矿井或某一区域通风任务的通风机 局部通风机局部通风机-负责工作面或加强采

4、煤工作面通风的通风机负责工作面或加强采煤工作面通风的通风机通风机按空气在通风机内流动方向分为：通风机按空气在通风机内流动方向分为： 离心式风机离心式风机-空气沿轴向进入叶轮，在叶轮内转为径向流出空气沿轴向进入叶轮，在叶轮内转为径向流出 轴流式风机轴流式风机-空气沿轴向进入叶轮，经叶轮后沿轴向流出空气沿轴向进入叶轮，经叶轮后沿轴向流出按叶轮数目分为：按叶轮数目分为： 单单 级级-通风机只有一个叶轮通风机只有一个叶轮 双双 级级-通风机有两个叶轮通风机有两个叶轮 通风机电控技术通风机电控技术三、风机的性能参数三、风机的性能参数1、风量，单位为m3/s ,m3/h等 指单位时间内通过风机进口的气体体

5、积。若无特殊说明是指标准进气状态下的值。即空气的大气压力pa=10.13104N/m2，温度t=20C，相对湿度为50%，相应的空气密度=1.2kg/m3。2、风压，单位为Pa ,mm水柱等 风压又分全压、静压和动压。 全压是指单位体积气体从风机进口流经叶轮至风机出口所获得机械能。忽略位能差，风机全压计算公式: N/m2， 风机的全压等于风机的出口全压（出口静压和出口动压之和） 减去风机的进口全压（进口静压和进口动压之和） 。)()(2121122212vpvpp 通风机电控技术通风机电控技术n风机的静压定义为风机的全压减去风机出口截面处的动压。(静压有意义克服阻力位差等）n风机的动压定义为风

6、机出口截面的动压。n3、功率，单位W，kWn功率分为有效功率和轴功率。n有效功率是指风机输出的功率，可用公式表达：n轴功率是指原动机传给风机主轴的功率。stdppvp22211000vpqPu2121122221vppvppst 通风机电控技术通风机电控技术n4、效率n效率定义为有效功率与轴功率的比值。n效率分为全压效率和静压效率。n全压效率可用公式表达：n静压效率可用公式表达：n5、转速，单位r/minn指风机主轴的旋转速度，即单位时间的旋转数PvpqPup1000PvqpPstuPstst1000 通风机电控技术通风机电控技术n四、风机现场主要设备四、风机现场主要设备 机械部分：机械部分：

7、 风道及扩散器风道及扩散器 风机和电动机风机和电动机 风门和风门绞车电机风门和风门绞车电机 润滑系统润滑系统 电气部分：电气部分： 高压开关柜高压开关柜 低压配电柜低压配电柜 通风机电控技术通风机电控技术风机电机风机电机 通风机电控技术通风机电控技术 风门绞车风门绞车润滑系统润滑系统 通风机电控技术通风机电控技术高压开关柜高压开关柜 通风机电控技术通风机电控技术低压配电柜低压配电柜 通风机电控技术通风机电控技术五、通风机的电气控制1、通风机的启动控制： A、通风机电机的直接启动； B、通风机电机的降压启动： 定子回路串电抗器或电阻器 转子回路接电阻或频敏电阻 C、通风机电机的变频调速启动2、风

8、门绞车控制3、润滑油站控制 通风机电控技术通风机电控技术B、改善工艺1、启动时压力或风量更平稳。2、被控量调节更及时，准确。3、减少风机喘震或水泵水锤效应。C、延长电机，机械寿命，降低维护成本1、电机启动电流被限制在额定电流，对电机或机械无启动冲击。2、机械转速降低，有效降低机械磨损。A、节电效果显著六、为什么要用变频器 通风机电控技术通风机电控技术变速调节n变速调节的理论依据是比例定律：n风量和转速的一次方成正比。即n风压和转速的二次方成正比。即n功率和转速的三次方成正比。即2)21(21nnpp3)21(21nnNN2121nnQQnVVVF- 变压变频同时进行是电机正常运行的需要nn=6

9、0f.(1-s)/pnE=4.44 f K N nf, 电机频率。nN- 每相绕组匝数n- 电机气隙磁通变频器的基本原理 当通风机不能满足通风要求是就要进行调节。所谓调节就是改变通风机的工况点。风机调节方法有以下几种：1、改变管网特性曲线 如节流调节 2、改变风机特性曲线 如变速调节、变前后导叶调节、变叶片安装角调节、串并联调节等 3、同时改变管网特性和风机特性七、节能原理 通风机电控技术通风机电控技术 通风机电控技术通风机电控技术P泵特性曲线系统特性曲线 AQBQ2Q1P1P2用调节风门来调节风量时的曲线 通风机电控技术通风机电控技术泵特性曲线速 度 1工 作 点 泵特性曲线速 度 2P靠调

10、节电机速度来调节风量时的曲线Q1Q2P2P1 通风机电控技术通风机电控技术七、节能原理 假设风机工作在A点效率最高，此时风压为P2，风量为Q1，轴功率N1与Q1、P2的乘积成正比，在图中可用面积AP20Q1表示。如果生产工艺要求，风量需要从Q1减至Q2，这时用调节风门的方法相当于增加管网阻力，使管网阻力特性变到曲线（3），系统由原来的工况点A变到新的工况点B运行。从图中看出，风压反而增加，轴功率与面积BP10Q2成正比。显然，轴功率下降不大。如果采用变频器调速控制方式，风机转速由n1降到 n2，根据风机参数的比例定律，画出在转速n2风量（QP）特性，如曲线（4）所示。可见在满足同样风量Q2的情

11、况下，风压P3大幅度降低，功率N3也随着显著减少，用面积CP30Q2表示。节省的功率N=（P1-P3）Q2，用面积BP1P3C表示。显然，节能的经济效果是十分明显的。 右图为风机运行的曲线图：曲线（1）为风机在恒定转速n1下的风压风量（PQ）特性，曲线（2） 为管网风阻特性（风门全开）。 通风机电控技术通风机电控技术节能原理 由流体力学可知，风量由流体力学可知，风量Q与转速的一次方成正比，风与转速的一次方成正比，风压压P与转速的平方成正比，轴功率与转速的平方成正比，轴功率N与转速的三次方成正与转速的三次方成正比比。采用变频器进行调速，当风量下降到80%时，转速也下降到80%，而轴功率N将下降到

12、额定功率的51.2%，如果风量下降到60%，轴功率N可下降到额定功率的21.6%，当然还需要考虑由于转速降低会引起的效率降低及附加控制装置的效率影响等。即使这样，这个节能数字也是很可观的，因此风机采用转速控制方式来调节风量，在节能上是个有效的方法。 通风机电控技术通风机电控技术八、系统配置方案（高压风机系统）一拖两台高压风机 通风机电控技术通风机电控技术系统配置方案（高压风机系统）一拖一台高压风机 通风机电控技术通风机电控技术n高压风机系统设备配置：n 1、自动控制柜 FJDK-ZKn 2、辅助控制柜 FJDK-FKn 3、启动控制柜 FJDK-QKn 4、设备切换柜 FJDK-QHn 5、高

13、压变频调速柜GBP-D-/ 通风机电控技术通风机电控技术n 1、自动控制柜 FJDK-ZK FJDKZK自动控制柜采用SIMENS公司的高性能S7系列PLC做为核心器件，采用彩色液晶显示触摸屏作为人机界面，完成风机变频运行或工频运行以及风门控制等；在线检测完成风机的风速、负压、振动、温度及电机电流和运行频率等功能，并带有工业以太网通讯模块，可以和矿方的自动化系统溶为一体。 通风机电控技术通风机电控技术自动控制柜 FJDK-ZK主要元器件： 6ES7 216-2BD23-0XB8 6ES7 223-1BL22-0XA8 6ES7 231-0HC22-0XA8 6ES7 232-0HB22-0XA

14、8 6GK7 243-1EX00-0XEO 彩色液晶触摸屏 MT6000温度检测仪等。 通风机电控技术通风机电控技术 自动控制柜原理框图 通风机电控技术通风机电控技术n2、辅助控制柜 FJDK-FKFJDK-FK为风机变频电控系统提供220V和380V控制电源及风机房内的室内照明，风门绞车的正、反转控制；润滑油站控制；冷却风机控制；并预留有多组控制回路。该设备采用双回路智能型电源自动转换装置做为进线开关，转换装置具有自动转换和手动转换功能，两个转换断路器有机械和电气闭锁，具有短路、过载、欠压以及缺相等保护功能。 通风机电控技术通风机电控技术辅助控制柜主回路 通风机电控技术通风机电控技术3、启动

15、控制柜 FJDK-QKFJDK-QK启动控制柜，采用定子回路串接电抗器，限制电机的启动电流，使风机平稳启动，启动后自动控制接触器短接电抗器，从而保护电网不受大电流的冲击，减小风机的机械振动。 通风机电控技术通风机电控技术主回路图启动控制柜原理图 控制回路图 通风机电控技术通风机电控技术n4、设备切换柜 FJDK-QHFJDK-QH设备切换柜做为系统的配套设备，主要用于系统中变频控制系统与工频控制系统之间的切换，采用隔离开关和接触器相结合的控制方式，使其具有手动或自动控制功能，并且操作时两套系统有明显的分断点。 通风机电控技术通风机电控技术设备切换柜原理图 通风机电控技术通风机电控技术系统配置方

16、案（低压风机系统）-QF 断路器-QS 隔离开关-KM 接触器-UF 变频器-L 进线电抗器U、V、W接线端子低压对旋风机 通风机电控技术通风机电控技术n低压风机系统设备配置：n 1、自动控制柜 FJDK-ZKn 2、辅助控制柜 FJDK-FKn 3、低压变频调速柜FJDK-BT 通风机电控技术通风机电控技术n 低压变频调速柜FJDK-BT 通风机电控技术通风机电控技术低压变频调速柜原理图 通风机电控技术通风机电控技术 现场的风速传感器、负压传感器、电机定子温度传感器、风机轴承温度传感器、振动传感器、电量隔离模块、风门开停传感器等采集的信号直接进入到自动控制柜内，经过PLC处理后，可通过以太网

17、直接传到上位监控机。实时显示风机运行的参数，显示图表丰富，显示直观，操作简单。 九、风机在线监测九、风机在线监测 通风机电控技术通风机电控技术风机在线监测系统主要监测的参数如下风机在线监测系统主要监测的参数如下（1）电机电流、电压、功率监测；（2）电机、风机振动监测； （3）电机轴承温度、电机定子绕组温度监测； （4）风机风量、风压（全压、静压、动压）监测； （5） 风门绞车以及风门状态监测。（6）其他（可根据用户需要而定）参数的监测。 （7）系统可实时显示并保存各种参数及状态，对于模拟量参数可进行图形曲线显示，可随时查看一段时期内的历史数据。（8）系统预留标准网络接口，可方便的接入以太网，与

18、全矿井自动化系统的信息层进行交互，实现远程监测监控。 风机在线监测风机在线监测 通风机电控技术通风机电控技术 风机在线监测系统网络图风机在线监测系统网络图 通风机电控技术通风机电控技术监控组态软件监控组态软件 监控组态软件（PCAuto6.0）性能：* 支持I/O设备包括：可编程控制器(PLC)、变频器、板卡、智能仪表、控制器、智能模块等等。* 在风机系统中心工作站中监控组态软件可以实现实时数据显示、动画、历史趋式、实时趋式等组态功能。实时数据库实时数据库 监控组态软件中的数据库（ODBC）是一个高性能、高速度、高吞吐能力、可靠性强、跨网络系统的开放式实时数据库软件。监控组态软件中的数据库OD

19、BC中实现的功能有： * 数据分析 * 分布式实时数据库映射 * 分布式事件查询 * 实时报警 * 毫秒级的历史数据库 * OPC Server/OPC Client 标准接口 * 万能报表 * 与 oracle及access等数据库的接口 * 基于Web的企业解决方案 * 与系统中其它组态软件集成 通风机电控技术通风机电控技术 通风机电控技术通风机电控技术 通风机电控技术通风机电控技术 通风机电控技术通风机电控技术 通风机电控技术通风机电控技术风机安装注意事项风机安装注意事项一、环境要求：一、环境要求： 1、海拔高度不超过1000m； 2、环境温度范围（040）； 3、 环境相对湿度不大于95%（25）； 4、无强烈振动和冲击的地方； 5、无破坏金属和绝缘材料的腐蚀性气体的地方； 6、能防止水滴渗入的地方。风机安装注意事项风机安装注意事项二、低压变频器风机接线要求： 1、信号线与动力线必须分开走线：使用模拟量信号进行远程控制变频器时，为了减少模拟量受来自变频器和其它设备的干扰，请将控制变频器的信号线与强电回路（主回路及顺控回路）分开走线。距离应在30cm以上。即使在控制柜内，同样要保持这样的接线规范。该信号与变频器之间的控制回路线最长不得超过50m。 2、连接PLC和变频器的信号线应放置在金属管道内或