變頻器在煤礦通風機中的應用研究

崔佳楠

（大同煤礦集團地煤公司北杏莊煤業有限公司， 山西　大同　037000）

引言

節能減耗是當前能源集中型產業不斷發展的趨勢，也是我國能源領域的戰略需求。煤礦產業屬于產能行業中較高的能源消耗產業，尤其是在煤礦生產中通風機等機械設備處于不間斷運行狀態，對能源的消耗量巨大，而變頻器在煤礦通風機中的應用可以通過實時調節變頻器的運行狀態來達到節能、調速等效果，是當前煤礦通風機普遍運用的節能、穩定裝置，可以實現煤礦通風機的節能降耗、降低故障率等作用。

1　變頻器對煤礦通風機的作用

1.1　穩定通風機電壓頻率

變頻器是通過將電機電流頻率進行轉換，使通風機電流處于一個穩定的安全區間之內，通過穩定電源電壓使通風機避免井下電壓的波動而產生停轉、燒毀等故障，對通風機電壓和頻率的穩定與調節，不僅可以實現對通風機的控制而且還可以實現通風機運行功率與消耗電能相匹配，不僅節省了能源耗費，而且大大提高了井下生產的穩定性。

在通風機啟動時，在傳統的啟動模式下，通風機外接的電壓為通風機額定電壓，而啟動時由于瞬間電流過大，對通風機的電機產生極大地傷害。而采用變頻器進行控制和啟動通風機時，變頻器可以降低啟動時的瞬間電流，提高電機的電流承受力，因此對于電機壽命的延長、故障的規避也有著一定的積極作用[1]。

1.2　擴大通風機調速區間

煤礦井下通風機傳統的調速模式是通過對通風機的風速調節閥門來實現對通風機風速的調節，但是這種利用縮小通風機運轉速度的方法實現對通風機風速調節的模式對通風機電機有著極大地損害，在額定電壓通風機電機工作狀態下，如果單憑縮小通風機運轉速度的方法容易使通風機電機在運行過程中極度發熱，甚至引起電機的燒毀。

而采用變頻器對通風機風速的調節則可以通過對通風機電壓頻率的調節來實現通風機運轉速度的調節，利用變頻器的驅動系統，實現對通風機風速的調節，而且由于通風機在一定的電壓區間內都可以運轉，因此這樣的裝置也可以加大通風機的調速區間，而不僅僅是傳統意義上通風機的三到五個擋位的風速調節區間。

1.3　輔助通風機節能降耗

通風機電機在未設置變頻器的情況下，啟動瞬間電流的增大對通風機電機產生巨大的影響，甚至發生電機燒毀的嚴重故障，對電機壽命帶來不利影響，同時，瞬間電流的增大也對煤礦井下局域電網產生較大的沖擊力，甚至造成電路短路、燒毀等嚴重現象。

變頻器的安裝與使用可以有效調節電機啟動時的瞬間電流，啟動時的電流也不會超過通風機電機的額定電流，有效保護了通風機電機的運行安全，延長通風機使用壽命，同時，變頻器對通風機啟動電流的控制和調節也可以緩解局部電網壓力，避免線路故障的發生。另外，由于許多煤礦在建設初期所設置的電容量較高，對通風機電容量的設置一般也高出通風機額定功率，這種配置不僅產生了較多的無用功，同時也增加了線路的損耗和設備的發熱，造成電能的大量損耗，加劇煤礦電能耗費，而使用變頻器則可以適時調節通風機電壓頻率，保持通風機的運行與電壓相匹配，大大節省了電力資源的運用[2]。

2　變頻器在煤礦通風機中的應用

煤礦通風機變頻器主要是通過對通風機電壓和頻率的調節實現通風機節能降耗的作用，因此在通風機變頻器的配備和系統設計、控制方式等方面需要有著一定的目標導向性。即煤礦通風機變頻器的使用需要遵循煤礦安全生產、穩定運行為首要目標，而且還要實現通風機運行狀態的穩定、通風機耗能的節約等目標。

2.1　變頻器設備選擇

變頻器設備選擇時應實現通風機巷道通風排氣的需求，同時在變頻器的使用過程中應以盡可能地以節能降耗為主要目的，在控制通風機用電量的基礎上保障通風機的正常運行；其次在對變頻器的選擇方面，還需要選擇使用壽命長、操作簡單、內部系統容量較大的變頻設備，以便降低通風機以及變頻器的維護頻率、減少維護費用，而且還可以適應煤礦通風系統的改造與升級。

2.2　變頻器系統設計

在通風機變頻系統的設計方面，變頻器通常采用串聯結構，包括高壓配電系統、變頻驅動系統等單元組成，如圖1所示。

圖1　變頻驅動系統結構圖

其中高壓配電系統是將煤礦電網中的高壓進行轉換，轉換為適合通風機使用的電壓，而變頻驅動系統則是通過對通風機的控制及保護，通過不同方式完成通風機的啟動、停止，急停等不同操作需求。通過變頻器驅動系統對通風機的控制，可以有效降低通風機在啟動過程中瞬時電流增大的影響，同時對電機運行過程中起到一定的保護作用。

2.3　變頻器控制

煤礦通風機變頻器的控制主要是通過控制系統單元中的控制器進行的。為了保障通風機電機能夠在最優狀態下運轉，變頻器的控制系統需要對通風機電機進行運算和控制，對內部的邏輯信號進行處理，并通過數據處理實現整個變頻系統的操作，使通風機能夠在安全、高效而又節約資源的模式下運行[3]。

變頻器在煤礦通風機中的應用主要是通過控制和轉換通風機電機接入的電壓和頻率，從而實現對通風機轉速、風速等方面的控制，同時有效降低通風機的電能消耗。當然，變頻器在實際的應用中也存在一定的缺陷，如通風機電機中機械元件壽命縮短、變頻器維修復雜且維護費用較高、變頻器的節能作用有限、電機的電磁噪聲增大等等還需要繼續研究優化。

3　結語

變頻器在煤礦通風機設備中的使用不僅可以提高通風機的整體性能，而且可以通過調節通風機的電流頻率來實現通風機風速、運轉功率與耗費電能相匹配，實現通風機節能降耗，促進煤礦企業效益的提高，另外，變頻器的應用還可以有效保障通風機電機的安全運行，降低通風機電機故障的發生頻率。

[1]韓靜.變頻器在煤礦通風機節能降耗上的應用[J].煤炭技術，2016（3）：145.

[2]祁成龍.變頻器在煤礦主通風機上的應用分析[J].能源與節能，2016（9）：63.

[3]宋振海.變頻器在煤礦主通風機中的應用[J].機械管理開發，2017（4）：71.