进相机在主要通风机电机节电运行中的应用
变频技术在煤矿主通风机中的节能应用
变频技术在煤矿主通风机中的节能应用摘要：本文从变频技术在矿井主通风机的应用出发，阐述了变频技术节能应用的原理，并通过实例说明变频技术在通风机中产生的经济效益。
关键词：变频技术主通风机节能1引言矿井主通风机是向井下输送新鲜空气，排出CO等有毒有害气体，维护矿井正常生产的大型设备。
因功率大运行时间长，电能消耗多。
因此，对矿井通风机进行合理调节，使其在高效条件下安全经济运行，对提高煤矿效益具有重要的现实意义。
2 风机调速运转节能原理通风机要改变流量和风量时，一般采用转速调节来进行，这样还可以节电。
其原理如下：风量Q与转速n成正比：Q=K1n风压H与转速n的平方成正比：H=K2n?电动机的轴功率P与Q、H之间的积成正比，与转速n的立方成正比，P =K3 n ?。
其中式中的K1、K2、K3 都作为常数，轴功率P 也可表示为P=QH/102，式中为风机总效率，Q为风量，H为风压。
因此采用转速调节时，当要使风量Q由1减为1/2 时，只要使转速由1降为1/2，轴功率则由1减少为（1/2）3 = 1/8，可节约7/8的电功率。
若采用传统的节流调节，转速不变而挡板的开度减小，使Q由1减为1/2 时，风压H变化不大，大部分略有上升。
而且随着风量Q 的减少，风机的效率也降低（见图1中曲线）。
因此由P=QH/102 可见功率P减少不明显，与风量的减少不成比例，而功率P中的大部分用来克服管道的通风阻力而浪费。
虽然风门完全关闭，效率和风量Q 皆为零，轴功率也只能减少到全开时的45% -65%。
上面所述也可由风机的风压一风量特性图算出。
图1中曲线R 即为管道的风阻特性（代表挡板在某一开度下，管道的通风阻力与风量的关系），曲线H即为风机的风压特性（代表在某一恒定转速下，风压与风量的关系），两者的交点A就是风机运行的工作点（此时风机的压力同管道的通风阻力大小相等，方向相反，并处于稳定运转状态）。
图2中，曲线R与挡板开度有关，随着开度的减小变得陡峭。
高压变频器在矿井主通风机上的应用
司， 旗下 阿舍勒 铜矿 位 于 新疆 北 部 阿 勒 泰地 区哈 巴 河 县境 内 ， 矿山 ２ ０ ０ ２年 开 始 建设 至 今 ， 已形 成 采 矿
４ ０ ０ ０ ｔ ／ ｄ 、 选 矿一 、 二选 厂 ５ ５ ０ ０ ｔ ／ ｄ规模 的大 型 有
” 方式； 也 可 以利 用 １ 套变 频器 同时拖 动 １ 台通 风
ｒ ｆ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ￣ ｅ ｒ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｉ ｓ ａ ｇ ｏ ｏ ｄ ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｎ ｏ ｗ ｂ ｙ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｉ ｎ ｇ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｒ ｏ ｔ ａ ｔ ｅ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｏ ｆ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ．
中图分类号 ： Ｔ Ｎ ７ ７ ３ 文献标 识码 ： Ｂ 文章 编号 ： １ ０ ０ １ — ０ ８ ７ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２— ０ ０ ９ ６— ０ ３
Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｈｉ ｇ ｈ Ｖｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ Ｃｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｍｉ ｎ ｅ Ｍａ ｉ ｎ Ｖｅ ｎ ｔ ｉ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ
Ｔ ｈｅ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｏ ｗｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｉ ｓ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｍｐｒ ｏ ｖ ｅ ｓ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎｃ ｙ ｏ ｆ ｍｉ ｎ ｅ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｐｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｓ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｓ ａ ｖ ｉ ｎ ｇ
・
９ ６・
煤
矿
机 电
新能源场站中调相机的作用及应用
新能源场站中调相机的作用及应用摘要最近几年，我国的新能源发电技术得到了充足有效的发展，光电、风电、水电建设项目正在如火如荼地进行，极大地改善了我国的电力能源结构。
调相机通过调整发出/吸收无功功率的方法，能够有效调整新能源场站的电压大小，切实保证新能源场站并网运行的稳定性。
通过对调相机的概念、工作原理进行简单地阐述分析，详细探讨调相机在新能源场站中的作用及应用场景，有助于推动调相机在新能源场站中的普及与应用。
关键词：新能源；调相机；作用；应用一、调相机的概念及工作原理调相机相当于空载运行的同步电动机，通过调整励磁电流的大小，控制自身向电网输送功率或者吸收功率，从而提升电网电压的稳定性和可靠性。
调相机通常由励磁系统、启动系统、DCS系统、保护系统等几部分组成，是电网调压管控中不可或缺的一部分，特别是在光能、风能发电项目快速发展的时代背景下，调相机得到了广泛的普及与应用。
众所周知，光能发电和风能发电的稳定性比较差，容易受到天文环境的影响。
以光能发电为例，当光照强度高时，产出的电量就比较多；当光照强度比较差时，产出的电量就比较少，而光照强度是不受人为控制的，这就导致光能发电的稳定性比较差，如果将光伏电站直接与外部电网相连，那么起伏不定的光电场站必然会对国家电网造成巨大的冲击，严重者会导致用电器烧毁。
而调相机的引入和应用很好地解决了这一问题。
当光能发电的电压下降明显时，调相机可以利用过励磁运行变成一个无功电源，向外部电网提供无功功率，用来弥补外部电网的电压欠缺。
当光能发电站的电压升高时，调相机通过欠励磁运行变成一个无功负荷，从系统中吸收无功功率，从而平衡外部电网的电压。
通常情况下，调相机的过励磁和欠励磁容量是不一样的，其铭牌标注的容量是过励磁状态下发出公共功率的最大值。
二、调相机在新能源场站中的作用分析在新能源场站中，调相机已经成为不可或缺的存在，调相机运行的好坏直接关系着新能源场站的经济效益和社会效益。
变频调速在矿井主对旋通风机中的应用
煤矿巷道用的通 风系统 ，在煤矿 的安 全生产 中 起着 至 关重要的作 用 。矿 井 的瓦斯 爆 炸 与巷道 的通 风是 否顺 畅 ， 风量的足否都有 着直 接关 系 ，一旦通 风不 畅 ，瓦斯 浓度 升 高到一定程度 ，即会造 成爆炸 塌井 等重 大事故 ，危及 矿工 的生命安全 。煤矿通风机俗称 “ 电老虎 ” ，该设备 全年不停 地 运行 ，其 电耗 量较 大 ，平 均 电耗 约 占矿井 电耗 的 １ ％。 ６ 通 风设 备及 配套 电动机 的选 型 通常 在设 计 阶段 就 确定 了， 其规格 型号 主要 由矿 井瓦斯 涌出量 、井下人 员数 量、通风 井巷阻力等因素决定 。风机 满速运 行 时的特性 曲线 与矿 井 通风网络阻力特性 曲线 的交点 ，确定 了通风机 的 自然运行 工况点 。但在许 多情况 下 ，自然 工况点 可能 不是矿 井通 风 所要求 的工况 点 ，其 主要原 因 ：① 预测 的 瓦斯 涌 出量 与实 际涌 出量有 差异 ，因而 可能影 响通 风需求 量 ；② 预计 的矿
速 用 ，二是节能 。它 主要基 于下 面几 个 因素 ：① 变频 调 速
作者简介 ：井士娟 （９ ９一） １６ ，女 ，山东宁津人 ，高级工程师 ，１９ 年毕业于 中国矿业大学 ，现在 中煤 国际工程集 团南 ９１ 京设计研究 院从事矿 井设计工作 。
绍 了 变频 调速 在矿 井主 对旋 通风机 低 压 电机 中的应 用及 高压 变频 调速 的 方案和 特 点 ，建议 在矿 井
通风 机 的施 工 图设 计阶段 应 直接 选 用变频 调速 系统 ，使 矿 井设计 一 步到位 。
关键 词 ：变频调 速 ；主对旋 通风 ；低 压 电机
中图分类 号 ：Ｔ ６ Ｄ３５
变频调速装置在煤矿主通风机中的应用
节风量 有 ３种情况 ： 矿井 网络特 性不 变 ， 风量 减 ① 需 少 ； 总风 阻减 小 ， 风量 不变 ； ② 需 ③矿井 总风 阻减 小 ，
需风 量减少 。现 分别 分析这 ３种 情况下 的风 机功 率
变化 （ １ 。 图 ） （ ） 井 网 络 特 性 不 变 ， 风 量 减 少 （ １ ） １矿 需 图 ａ 。 已知矿 井风 阻为 ， 风机 原来 特性 曲线 的转速 为 ｎ ，
ｒ ， …
３
１ 变 频 调 速 节 能 的 理 论依 据
电机转 速与 工作 电源输 入频 率成 正 比 ， ： 即
ｎ＝ ０ （ 一ｓ ／ ６ｆ １ ）ｐ （） １
Ａ ＝ 。１ ｆ ， Ｊ Ｐ Ｐｌ 一 ｌｌ 、 ｎＩ Ｌ
（） ３
（） ２ 总风 阻减 小 ， 风量 不 变 （ １ ） 需 图 ｂ 。矿井 原
互 ｎ 旦 一 厘 ／０ ｏ Ｑ Ｈ ：。 ０ ｏ Ｐ
一
（） ２
雷诺 系数 ｅ 变不 超 过 ２～ 改 ３倍 时 ， 效 率 基 其
本不变， 因此采 用风 机 变 频调 速 改 变 风 机 的转 速 调
留有 一定 的富 余量 ， 以矿井初 期节 能 的潜力很 大 ， 所
调节 风量 的主 要方法 是减 风调 节 。减风调 节 主要有
钻孔尽 量集 中在 采空 区 中部 区域 。 （） ３ 采用 高位 钻孔 瓦斯抽 放 技术 后 ，２ ０ ３ ０ ３工作
另外 在抬 升高 度为 ３ 的钻孔 中 ， 近 采空 区 中部 ０ｍ 靠 的钻 孔也 能在较 高 的抽放 浓度 上保持 较 长的抽 放 时
间 ， 以后 的生 产 中也 可 以考 虑施 工 相 同参 数 的 高 在
变频调速技术在主要通风机中的应用
为 ， 风量为 Ｑ ， 轴功率 Ⅳ 与 Ｑ 、 ｚ Ｈ 的乘积成正 比 ， 图 中可用 面积 Ａ－ｏ 示 ， 在 １ ｑ表 １ ２ 如果 生 产 工 艺要
求 风量从 Ｑ 减至 Ｑ ， 时用 调 节 风 门 的方 法相 当 这 于增加 管 网阻力 ， 管 网阻力 特 性 变 到 曲线 （ ） 系 使 ３， 统 由原来 的工况 点 变 到 新 的工 况 点 Ｂ运行 ， 风压 反而增 加 ， 功 率 与 面 积 Ｂ ｏ 成 正 比。显 然轴 轴 Ｈ ｑ 功率下 降不 大 ， 如果 采用变 频 器调速 控 制方式 ， 机 风 转速 由 ｎ下 降 到 ：根 据风 机 参 数 比例 定 律 ， 出 ， 画 在转 速 ｎ 风 量 （ —Ｑ） 性 ， 曲线 （ 所 示 。 下 Ｈ 特 如 ４）
并且 ， 在正 常生产 过程 中 ， 随采 煤工作 面 的加深 和延 长 ， 风量 和风压 有 着不 同的要 求 ， 对 而对 风量 的不 同 需 求一 般通 过人 工改 变风 门 的开启 度和 风机 的扇 叶
角度来实现 ， 劳动强度大 ， 风量调控不便 ， 维护工作
量大。
曲线 （ ）一风机在恒定转速 １ 下 的风压 一风量 （ １ １ ， １ Ｈ—Ｑ） 特性 ； 曲线（ ）一管 网风阻特性 （ ２ 风门全开）
通 风机运 行效 率低 、 能高 的落后 现状 ， 耗 发挥 变 频调 速技 术 的优越 性 ， 现 主要通 风机 节能 。 实
设定 相应 的起 动 时 间 ， 以减 少 直 接 起 动 时 电流 大 的
问题 。
２ ２ 风 机调 速运 行节 能原 理 ．
１ 通 风 机 的节 电原 理 就 是 用 调 速 控 制 代 替 ）
点 和速度 进行 显示 ， 下 来 便 是 对 矿井 提 升 机 的相 接 关信 息进 行显Ｐ Ｏ ＩＵ Ｒ ＦＢ Ｓ总线通信实时性强、 传输率高 、 成本 低、 拓扑结构灵活多样 、 冗余性强。具有 Ｐ Ｏ ＩＵ Ｒ ＦＢ Ｓ
调相机在电力系统中的作用电子教案
调相机在电力系统中的作用精品资料调相机在电力系统中的作用，就是发出无功或吸收无功，达到改善功率因数，同时兼有调整电压的作用电力系统的能源供给者有发电机和调相机。
发电机是将机械能转变为电能的设备，所以发电机能向系统供出有功功率和无功功率。
调相机是吸收系统少量的有功功率来供给本身的能量损耗，向系统发出无功功率或吸收无功功率。
发电机必须有原动机拖动，调相机不需要原动机，但必须和电网并列运行，而不能单独运行。
调相机由定子、转子及励磁系统组成。
电力系统中由于有大量的电磁设备(指电感性负荷，如感应电动机、电焊机、感应炉等)，除消耗一定数量的有功功率外，还要消耗一定数量的无功功率，因而需要装设一定数量的无功补偿装置—调相机(或电容器)。
随着电力系统不断的发展，无功功率不断增加，因而单靠发电机供给无功功率，要影响发电机的有功功率出力，这是不经济的。
同时为了减少输电线往复传送中的各种损耗，有效地提高系统电压水平，提高稳定性，提高发电设备的利用率，减少电力系统中的电力损失，改善功率因数，因而有必要在负荷中心或附近设置一定容量的无功电源设备，以补偿无功功率的不足，提高电力系统的经济运行运行于电动机状态，但不带机械负载，只向电力系统提供无功功率的同步电机。
又称同步补偿机。
用于改善电网功率因数，维持电网电压水平。
电力系统中的主要负载是异步电动机和变压器。
这些设备均从电网汲取大量的无功功率以供其励磁之用。
所以，电网担负着很大一部分电感性的无功电流，导致电网的功率因数降低，以致发电机和输配电设备的作用不能充分发挥，线路损耗和电压损失增大，输电质量变坏，甚至影响输电的稳定性。
由于同步电机处在过励状态时，可以从电网汲取相位超前于电压的电流，从而改善电网的功率因数（见功率因数的提高，因此在过去的生产实际中，除选用一部分同步电动机外，还在电网的受电端装设一些同步调相机，用于改善电网的功率因数。
根据电网负载情况的不同，适当调节调相机的励磁电流，可改变调相机汲取的无功功率，使电网的功率因数接近于1。
WP系列静止式进相器使用说明书
于退相状态或断电．容量 380V，5A ★故障信号此接点断开表示进相器有故障，容量 380V，5A o ★跳闸信号此接点接通表示需要主机跳闸。 注意：跳闸信号在没有电源时也是接通的。
此接点的容量为 AC380V．5A。 ★故障停机(跳闸)信号(125，129)和(131，133)：此信号用于与电机一次柜的联锁。此接点容量 5A，380V。
WP 系列静止式进相器提供了两组信号，对于不同的情况只选用其中一组：(125，129)用于断路器类得电跳 闸的开关．将其与停机按钮并联接入；(131，133)用于接触器类失电跳闸的开关．将其与停机按钮串联接 入。
四、型号说明
五、技术参数
1、性能指标 ★可使电机功率因数提高到 0.95 以上 ★电机定子电流降低 l0％～20％ ★电机温升显著降低
2、输入输出参数 输入： ★电机定子电流信号(0l，03)：从某一相电流互感器输出的 0～5A 标准信号。 ★电机定子电压信号(04．05)：对于高压电机．此信号为两相线电压经电压互感器输出的 100V 标准信
配线。 ●电机的容量及转子电流不应大于进相器的额定容量。
七、操作方法
(一)开车： 1)打开进相器前柜门，合上空气开关(QFl)，口进相器电源接通，柜体面板 上的红色指示灯亮(HLl)，等待主机起动，关闭柜门。 2)主机起动，一直到起动完毕、主机正常运转为止。 (二)投入进相： 1)打开柜门，观察控制单元是否正常。控制单元正常时，各指示灯显示如下：主控板(中间一块)。除上 面三个指示灯(Ll、L2、L3)周期性循环显示外，其它五个灯一直亮着(注意：此指电机在运转时的状态。 若电机未转，L1、L2、L3 及 L6 为随机状态)，其它五个灯一直亮着。
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进相机在主要通风机电机节电运行中的应用
针对我矿三井向斜北主要通风机距离配电所较远，造成主要通风机电机功率因较低，无功损耗过大，电能浪费严重。
投入进相机与主要通风机电机串级运行后，改善了功率因素，具有设备投资少，经久耐用，运行可靠，维护方便，减少线路损耗等优点，并创造了显著的经济效益。
1进相机的结构进相机属于三相整流子电机，它与异步绕线式电机串级运行，可以进行相位补偿，故称进相机。
如图1所示，它的基本结构是一种能产生三相引入电势的特殊电机。
它的主体只有一个如同直流电机电枢的转子，整流子上每对磁极装三组电刷，按120度电角度均匀分布。
与直流电不同的是，它完全取消了定子磁路，电枢槽是深埋的封闭槽。
槽上封闭部分就作为电枢主磁通的闭合回路，因此，进相机是没有定子磁路的，其绕组通过电刷与异步机转子侧绕组串联。
进相机的电枢由两轴承座支承，并由单独的辅助电机拖动，辅助电机的功率一般为1.1kW。
2进相机与主要通风串极运行如何改善功率因数COSΦ进相机与主电机（绕线式）串级运行的电路联接如图2所示。
进相机的电枢的辅助电机拖动而旋转。
从图中可知，经电刷输入到进相机电枢的电流，就是异步电机转子的三相电流I2在转子上的旋转磁场。
其转速为：n2=60?2/P=60S?1/P式中S——转差率；?1——公频频率；?2——I2所产生的旋转磁场频率。
当进相机被辅助电机拖动，以顺相序方向（nk>n2）旋转时，此时旋转磁场对实际电枢以（nk－n2）逆相序反向切割，因电枢绕组感应电势的频率为?k=Pnk－n2/60≠?2。
由于
此时旋转磁场对电枢的相对切割方向反向。
EKˊ的有效值为＝4.44×P×（nk－n2）/60×KW×W×Φm。
式中EK——进相机所产生的附加电势；P——电枢绕组的极对数；n2——电流I2所产生的旋转磁场；Kω——绕组系数；ω——每支路匝数；nk－n2——进相机产生的旋转磁场的转速；Φm——每级主磁通。
在相位上，EKˊ比I2ˊ超前90°，在这样方式下，进相机的串级接入相当于在主电机的转子回路中串入一个三相容抗。
这正是能使主电机COSΦ得到改善的运行状态。
3现场测试及其经济效益在我矿三井向斜北应用进相机与主要通风机（280kW）电机进行串级运行，现将进相机投入前后的测试结果比较如表1（测试是在主要通风机房进行的）。
表1进相机安装前后测试结果见表上表直观地反映出三井主要通风机在安装进相机进行补偿后各项数字的变化，由于功率因数提高后，使线路有功损耗减少及无功功率大幅度降低，因此其经济效益是显著的。
利用差值可计算它的经济效益。
（1）有功功率减少22.3kW，年节约电力为195348度。
（2）线路损耗功率（线路长 4.0km、截面120mm2）。
根据公式W线=3I2Rτ×10-3经计算，进相后每年线路损耗减少了25459度电量。
（3）每年节约无功电量约100万度，经实测向斜北主要通风机无功经济当量K为0.185，折合有功电量20万度。
由此可见，采用进相机与主要通风机串级运行后节能效果极为明显，每年可节约总电力约42万度，总经济效益约25.2万元。