探討煤礦風機變頻調速技術的應用

程高言

摘 要：在煤礦巷道的通風系統中，礦井通風機的作用是給井下工作人員輸送足夠的新鮮空氣，稀釋排除有害、有毒、爆炸氣體，調節井下空氣的溫度和濕度，改善工作環境，保護煤礦企業的安全生產。由于總用氣量為權衡壓風機最大容量的標準，且受自身生產特點的影響，煤礦企業現有風動設備開停不均衡，總體用電處于不斷變化的狀態，在一定程度上造成電能的浪費。研究變頻調速技術在煤礦壓風機中的應用，對煤礦企業的經濟效益的提升具有重要價值。基于此，本文主要對煤礦風機變頻調速技術的應用進行分析探討。

關鍵詞：煤礦風機 變頻調速技術 應用

1、前言

目前，節能減排已成為我國企業發展的主要方向，煤礦企業不僅是產能大戶，也是耗能大戶。因此很多煤礦企業都在研究如何減少能源的消耗，節能減排。而應用變頻調速技術正好符合煤礦企業發展的需要，因為應用變頻調速技術改變風機的轉速來達到調節風量目的，不僅能保障煤礦企業的安全生產，還能減少煤礦能源的消耗，提高煤礦企業的經濟效益和社會效益來說都有著十分重要的意義。

2、變頻技術在煤礦通風機中的應用優勢

變頻器是根據異步電動機的轉速表達式可知，只要平滑地調節異步電動機的供電頻率，就可以平滑調節異步電動機的同步轉速，從而實現異步電動機的無級調速。變頻器的基本作用就是將工頻電源變為頻率可調、電壓可調的三相交流電源。變頻器分為交-交和交-直-交兩種形式。交-交變頻器可將工頻交流直接變換成頻率、電壓均可控制的交流電，又稱直接變頻器。

變頻技術應用于煤礦通風機中用變頻器代替開關柜，盡管在初期所需的費用較高，但是長期運行以后，可以節省大量的電費，為煤礦節約更大的資源。一般來說，一年的時間就能夠基本收回設備投資的成本，而且變頻調速應用于煤礦通風機還具有以下優點。

2.1 節能效果顯著

目前，我國礦井用風機調整風量的方法基本上有兩種，一是機械調整風量，另一種是電氣調整風量。用機械調整風量是調整葉片角度和調整空氣網絡阻力的方法，調整葉片角度可以調整風量，但風機的效率較低，通過調整網絡增加系統阻力可調整風量，但不節電。電氣調整風量，即電氣調速。調整電機的極對數，或調整電源頻率即變頻調速，另一種方法是串極調速，其中串極調速和變頻調速是調整風量的最佳方法。因為風量與功率、轉速是立方關系，調整風量轉速可以獲得最佳的效果，礦井通風機使用變頻調速，節電效果可達30%以上，這在目前我國資源緊張的情況下，節電的效果尤為明顯。

2.2 變頻調速具有電機軟啟動功能

在現場觀測電機啟動時發現啟動時電流從零開始，緩慢地增加到實際生產需要的負荷電流，并沒有沖產生擊電流，這樣就可以延長電器設備的使用壽命。

2.3 提高功率因素

從變頻器的監視窗口可以看出，電機的功率因素為0.984，采用變頻器后，可代替電機的無功功率就地補償裝置，從而減少設備投資。

2.4 降低噪聲

由于電機的轉速小于其額定轉速，風機的噪音大幅度降低，改善了工作環境，有利于操作人員的身心健康。

2.5 操作簡單

風量調節可通過變頻器控制面板的箭頭，非常方便地實現。

3、變頻調速技術實例應用分析

本文探討的是變頻調速技術在礦山風機系統中的應用。為了達到電機負荷變速運行從而自動調節風量的目的，應用PLC構成了風壓閉環自動控制系統，這樣既可節能，又滿足了生產需要。以下將結合某礦務公司實例，重點就該公司礦山電氣拖動設備在運行過程中遇到的輸出功率不能隨負荷變化而變化的情況（此情況浪費能源且普遍存在），對其變頻調速與節能效果及特點進行分析。

3.1 技術系統應用概況

該礦務公司采用的變頻調速運行機制為：通過傳感器、測量裝置檢測所需信號，并將其轉化為電流信號，再反饋給變頻器，這樣變頻器就可將標準情況與被檢測到的信號作對比，以適當對風機電機輸入頻率進行調整，從而改變風機轉速。具體來說，變頻調速節能的基本原理就是，在煤礦某個工作面無人工作的情況下，風機無需滿負荷運行，而要使風機減速，就要降低風機輸入功率，最終實現節能。

本文所舉實例采用的是GS系列變頻器，其微處理器為高性能DSP，功率輸出器使用絕緣雙極型晶體管（IGBT）。系統投入運行以來，實測功率因數可達0.9以上，輸出電流、電壓和頻率穩定，運行狀況良好，節能效果突出，整體性能穩定，可視顯示、技術成熟，具有全面而完善的保護功能。此外，為了更好地適應特殊環境的要求，礦山風機變頻調速采用自動控制方式。自動控制信號采用PID閉環反饋控制的方法，即由PID控制變頻調速器，變頻器控制電動機的輸入頻率以改變電機轉速。這樣可以更好地滿足自動控制的要求，實現訓節風機流量的目的。

3.2 經濟效益分析

首先，根據風機在不同控制方式下的“流量一負載”關系曲線變化情況進行計算，以分析“流量一負載”關系曲線的節能效果。如本文實例巾應JE}j風機額定流量5l8m3/min，額定功率60kW，配備YBF200L1—2型電動機，風機仝年運行時300天，縛天連續24h運行，其中13h以50%負荷運行，11h以90%負荷運行，則每年的節電量為：

W=60×11X（100%-69%）X300～0×13×（95%-20%）×300=236880kW.h

假設每kW·h電按1元計算，則采用變頻調速技術每年可節約費用高達20余萬元，這表明將變頻調速技術應用于變負荷設備，節能效果十分突出。再者，根據風機負載關系公式Pl/P2=（n1/n2）3進行節能分析，可知要改變電機轉速可通過改變電機工作電源頻率實現。這種調節方式雖操作簡單，但消耗功率大，節能效果不佳，運行成本高。而本文實例中應用了變頻調速技術，經研究發現變頻調速后風機所需功率明顯減少。

由上述2種節能效果分析可以得出的結論是：在改變風機能耗方面，變頻調速技術應用效果突出。值得注意的是，本文實例中變頻調速技術通過平滑的轉速調節運行方式，既能使風機軟停機、軟啟動，還能降低電機發生故障的概率和電機的發熱程度，也能使特性曲線發生變化，獲得最佳經濟運行工況點，確保風機運行的穩定性及精確性。但在實際工作中，可能由于工業現場的負載、控制目標、運行工況等存在差異，計算和分析方式難免會有特殊性，所以建議在實際案例應用中應采取不同的原始數據進行計算、分析。此外，因改造時應用的是單臺變頻器控制單臺電機，所以為避免導致變頻器損壞，在實際應用中對2臺對旋風機的電機轉速參數設定不宜相差太大。

4、結語

由于傳統模式的風機為煤礦企業帶來了耗電量高等現實問題，因此，煤礦企業需積極引進變頻調速技術，將之與傳統風機設備相融合，并從功能實現、系統配置、設計結構三方面全方位提升風機的工作水平。

參考文獻

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