基于高壓變頻器技術探析礦井通風機的節(jié)能改造

李油生

摘 要：隨著高壓變頻技術以及相關的電子技術的快速發(fā)展，高壓變頻技術在礦井通風機節(jié)能改造中應用逐漸走向成熟，并且在改造后取得了顯著的成果和經(jīng)濟效益。文章通過具體的礦井實例，分析了該礦井通風機在改造前存在的問題，探析了通過高壓變頻器技術對礦井通風機的節(jié)能改造，旨在為類似的礦井通風機節(jié)能改造提供一定的參考。

關鍵詞：高壓變頻器技術；礦井；通風機；節(jié)能改造

中圖分類號：TM921.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）11-0020-01

隨著《節(jié)能中長期專項規(guī)劃》的實施，高壓電動機大功率變頻技術逐漸的被應用在眾多領域中，例如高壓變頻器技術在礦井通風節(jié)能改造中的應用。文章以坑柄煤礦為例，該礦井年產(chǎn)量13萬 t，隨著開采年限的延長以及礦井采區(qū)的不斷延伸，礦井面臨的生產(chǎn)條件逐漸惡化，礦井的通風機已經(jīng)不能滿足實際的需求，導致礦井的通風狀況相對較差，嚴重的威脅著礦井的正常工作，并且給礦井的施工人員的生命安全埋下了嚴重的隱患。本文重點介紹通過采用高壓變頻器技術對礦井通風機進行節(jié)能改造，顯著的改善了礦井的通風狀況，并且節(jié)約了大量的能源，取得了良好的經(jīng)濟效益，一舉多得。

1 節(jié)能改造前存在的問題

坑柄煤礦的通風機承擔礦井的通風任務，通過其安全、長期、可靠、連續(xù)的運行，以此保證礦井能夠正常運行的大型生產(chǎn)設備，在進行節(jié)能改造之前，該礦井的通風機存在的問題主要表現(xiàn)為：①擋板采用人工調(diào)節(jié)的方式，需要進行停機操作，操作費時費力，時效性差，并且還伴隨一定的危險性；②通風機的電機長期以額定的轉速進行工作，其不能自動調(diào)控電機轉動的速度，導致軸承等主要受力部分磨損相對嚴重；③直接啟動時，其機械沖擊較大，造成嚴重的電網(wǎng)波動，直接影響系統(tǒng)的使用質(zhì)量以及壽命；④采用風門調(diào)節(jié)，浪費大量電能的同時，還給電路造成很大的壓力，嚴重的影響系統(tǒng)的使用壽命；⑤實時性差、線性度低、調(diào)整精度低等。

2 基于高壓變頻器技術對礦井通風機的節(jié)能改造

高壓變頻器技術是一種新型的電力電子變換技術，其優(yōu)點主要表現(xiàn)為：提供更加純凈的輸入電源的特性，提高功率因數(shù)，輸出幾乎完美的正弦波，其能夠較為全面的保護電機，并且容易啟動，還具有很好的節(jié)能效果，致使其被廣泛的應用在工業(yè)生產(chǎn)的各個行業(yè)中。礦井的通風機采用高壓變頻器技術進行改造后，不但能夠平緩啟動，實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)，降低沖擊，還能提高通風機的功率因數(shù)，提高效率，起到節(jié)能的效果。高壓變頻器技術對礦井通風機的節(jié)能改造主要表現(xiàn)為：

2.1 系統(tǒng)的控制模式

高壓變頻器能夠用矢量控制方式進行點擊的感應控制和同步控制，矢量控制是一種易于實現(xiàn)的控制方式，控制性能和直流電幾乎相同，矢量控制主要由以下幾個模塊組成：①前饋補償環(huán)節(jié)，其主要數(shù)用于改善磁通環(huán)以及轉矩的瞬態(tài)響應；②速度與磁通調(diào)節(jié)器，其主要用在矢量控制的外環(huán)；③電流調(diào)節(jié)器，其主要用在矢量控制的內(nèi)環(huán)；④馬達模型，其主要用于檢測電機的速度以及磁通。

2.2 系統(tǒng)組成

根據(jù)該礦井的實際需求，礦井通風機勵磁回路采用數(shù)字調(diào)速器6RA70，定子回路采用高壓變頻器（采用湖北三環(huán)發(fā)展股份有限公司生產(chǎn)的空冷型SH-HVF系列Ⅲ型高壓變頻器），勵磁調(diào)速器6RA70由高壓變頻器的磁通進行調(diào)節(jié)和控制。

2.3 系統(tǒng)改造

系統(tǒng)調(diào)節(jié)主要表現(xiàn)為以下幾個方面：①啟動過程的改造，通過采用高壓變頻器技術對礦井通風機進行改造后，該系統(tǒng)采用變頻啟動方式，其實質(zhì)上是用同步轉矩改變了定子旋轉磁場的轉速，其工作的原理表示為：在啟動時，轉子和勵磁，系統(tǒng)將定子電源的頻率調(diào)至較低的水平，然后緩慢的增加到相應的額定頻率，這樣轉子的速度將會隨著旋轉磁場速度的加快而增加，直到達到額定轉速為止。這種啟動方式和傳統(tǒng)的方式存在一定的差異，啟動過程相對平緩，操作相對簡單、方便，并且在啟動的過程中不會出現(xiàn)異步的問題，有效的避免了系統(tǒng)出現(xiàn)脈動的危險；②系統(tǒng)的調(diào)速改造，通過采用高壓變頻器技術對礦井通風機進行改造后，該系統(tǒng)采用同步電機控制模式（SMC），控制系統(tǒng)通過利用轉子在定子繞組上感應的電壓來控制電機的轉速，然后輸出轉矩傳遞至電機，調(diào)節(jié)電機的速度。在調(diào)節(jié)轉速的整個過程中，由于定子與勵磁相互協(xié)調(diào)，實現(xiàn)了彼此間的同步作用，保證該系統(tǒng)不至于出現(xiàn)運行中不協(xié)調(diào)的狀況，有效的解決了同步機不同步工作的問題；③系統(tǒng)的滅磁改造，通過采用高壓變頻器技術對礦井通風機進行改造后，該系統(tǒng)實現(xiàn)了變頻啟動，采用6RA70直流調(diào)速器對勵磁裝置進行了改造，將主回路變成三相全控橋，并且由高壓變頻器控制勵磁，因此，當通風機在停止工作時，高壓變頻器不斷降低對對勵磁的控制，實現(xiàn)逆變滅磁，通過改造后，該系統(tǒng)僅僅只是在勵磁繞組的兩端并聯(lián)了一個滅磁電阻以及反向二極管，其電路結構相對簡單，并且該滅磁過程相對簡單，動作可靠，在很大程度上簡化了滅磁裝置；④互鎖改造，在進行通風機的人工操作時，由于操作人員的錯誤操作，很可能導致工頻電壓從變頻器輸出時反串，很容易造成安全事故，影響通風機的正常使用，通過采用高壓變頻器技術對通風機進行改造后，對操作開關柜設置了相應的互鎖裝置后，實現(xiàn)了對程序的互鎖，當合上相應的變頻器開關后，與之相對應的開關為閉鎖分斷位置，其工頻正好相反，避免對通風機造成損害。

2.4 通風機技能改造效果

通過采用高壓變頻器技術對通風機進行改造后，通風機的功率從原來的75 kW降低為55 kW，比原來降低了20 kW，通風機的頻率也從原來的45 Hz降低至現(xiàn)在的40 Hz，及時按照當?shù)氐淖畹偷钠骄妰r0.63 元/kW·h計算，每年為礦井節(jié)約11萬元左右的電費，經(jīng)過實踐證明，采用高壓變頻器技術對礦井通風機進行節(jié)能改造具有很大的現(xiàn)實意義。

3 結 語

總而言之，通過采用高壓變頻技術對礦井通風機進行節(jié)能改造，顯著的改善了通風機的工藝，保證通風機具有啟動平緩、速度可調(diào)、操作方便簡單等方面的優(yōu)勢，并且對風機和電氣起到了很好的保護作用，在保證生產(chǎn)安全的基礎上，提高了生產(chǎn)效率，并且顯著的降低了通風機的耗電量，通過實踐應用，取得了良好的運行效果和經(jīng)濟效益。因此，利用高壓變頻器技術對礦井通風機的節(jié)能改造，值得廣泛的推廣和應用。

參考文獻：

[1] 梁南丁，李燚琳.基于高壓變頻器器技術的礦井通風機節(jié)能改造[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2010，（3）.

[2] 李緯.試論高壓變頻器器在水泥廠風機節(jié)能改造中應用問題[J].工藝與裝備，2013，（4）.

[3] 周雨松，孫曉娟.基于矢量控制的高壓變頻器器在礦井通風機改造中的應用[J].電氣傳動自動化，2010，（1）.

[4] 李德钖，鄧朵.應用高壓變頻器器對通風機進行節(jié)能改造[J].江西煤炭科技，2013，（1）.endprint