變頻技術(shù)在煤礦風機中的應用

（山西汾西瑞泰井礦正明煤業(yè)有限公司，山西 汾西 032600）

摘要：由于煤礦風機多采用異步電動機直接驅(qū)動的方式運行，存在著啟動電流大、機械沖擊、電氣保護特性差等缺點，不僅影響風機的使用壽命，而且當負載出現(xiàn)機械故障時不能瞬間動作保護設(shè)備，時常出現(xiàn)泵損壞的同時電機也被燒毀的現(xiàn)象。在煤礦風機中應用變頻技術(shù)，不僅能提高風機的運行效率，而且也能滿足煤礦安全生產(chǎn)的風量需求，同時能保護電機，降低能耗，文章對其進行了論述。

關(guān)鍵詞：煤礦風機；變頻技術(shù)；軟啟動；風機節(jié)能；安全生產(chǎn)；節(jié)能降耗

中圖分類號：TD635文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2014）21-0043-02煤礦巷道的通風系統(tǒng)，在煤礦安全生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用，主通風機是保障通風系統(tǒng)的重要設(shè)備。由于功率大，晝夜連續(xù)運轉(zhuǎn)，因而耗電很大。風機耗電量占煤礦總用電量的15%～20%，有的高達30%。風機的實際工況取決于風機的特性曲線和礦井的阻力特性曲線。在生產(chǎn)過程中、礦井阻力特性曲線是變化的。隨著煤礦開采及掘進的不斷延伸、巷道延長，所需風量增大。風量和風壓是隨著煤礦生產(chǎn)能力和其他條件的變化而不斷變化的。傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法是根據(jù)所需風量的多少，通過調(diào)節(jié)風葉角度和調(diào)整空氣網(wǎng)絡(luò)阻力的方法來實現(xiàn)，調(diào)整葉片角度可以調(diào)整風量，但風機的效率較低，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)增加系統(tǒng)阻力可調(diào)整風量，但浪費電能，調(diào)節(jié)起來也不方便。節(jié)能減排已成為我國的基本國策。煤礦企業(yè)既是產(chǎn)能大戶，又是耗能大戶，許多煤礦企業(yè)都非常重視高耗能用電設(shè)備的節(jié)能技改工作。應用變頻調(diào)速改變風機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)風量，在保障安全生產(chǎn)和節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟效益兩個方面都有十分重要的意義。

1變頻技術(shù)的原理

變頻器的形式有兩種，一種是交—交，另一種是交—直—交。前者類型的變頻器能夠直接轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都可以進行調(diào)控的交流電。對于另一種形式而言，其第一個工作環(huán)節(jié)是讓工頻交流電流過整流器，通過相應的轉(zhuǎn)換，使其成為直流電，然后再讓新轉(zhuǎn)化成的直流電流入逆變器，讓其在流出之后轉(zhuǎn)變?yōu)榭蛇M行調(diào)節(jié)的直流電。根據(jù)這種轉(zhuǎn)化的特點，前者又可以叫直接變頻器，后者又可以稱為間接變頻器。間接變頻器主要由主體電路和可控線路組成。其各個組成部分的作用有以下幾點：整流器的作用就是可以將具有三相性質(zhì)的交流電經(jīng)過種種作用機制轉(zhuǎn)換為直流電。中間相關(guān)環(huán)節(jié)。異步電動機是逆變器的負載，該負載為感性負載。

不管電動機處于何種電動狀態(tài)，經(jīng)過全方位的測算，其功率因數(shù)也不可能等于1，這就會導致無功功率無可避免地出現(xiàn)在直流環(huán)節(jié)運行過程與電機運作之間。逆變器的主要作用是對直流電進行轉(zhuǎn)換，讓其變?yōu)轭l率和電壓都可以被調(diào)節(jié)的三相交流輸出。

2變頻技術(shù)在煤礦風機中發(fā)揮的作用

變頻技術(shù)在煤礦通風機中的作用是讓變頻器對開關(guān)柜進行相應的替換，這會造成應用初期階段的成本相應的提高，但是從長遠眼光來看，其節(jié)能的意義就慢慢體現(xiàn)出來，可以實現(xiàn)電費的大量節(jié)約，為煤礦的相關(guān)工作做出節(jié)省的表率。

2.1節(jié)約能源

在煤礦中，一般運用機械和電氣兩種方式實現(xiàn)對風量的調(diào)整。風機要實現(xiàn)對風量的調(diào)節(jié)必須通過對機器內(nèi)部的葉片的相應調(diào)控，但是這樣的運作有一個弊端，那就是相應的工作效率過低，雖然經(jīng)過相應的調(diào)整可以實現(xiàn)對風量的調(diào)節(jié)，但是對電能的消耗過大。而變頻技術(shù)則是實現(xiàn)對風量進行有效調(diào)整的最佳方式。風量在系數(shù)上與功率和轉(zhuǎn)速成正比，因此從理論上來說，對其相應的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)是最有效的。經(jīng)過大量實踐證明，變頻技術(shù)在通風機中進行應用之后可以節(jié)約的電能超過30%，這對我國的節(jié)能事業(yè)做出了重大貢獻。

2.2可以實現(xiàn)電機的軟啟動

經(jīng)過實際觀測，在這個技術(shù)應用之后，電機在剛剛啟動階段時電流從無到有，直到提供到足以滿足現(xiàn)實應用需求的時候，具有沖擊威力的急速電流并沒有出現(xiàn)，如此對延長相關(guān)機器的使用壽命具有重要的作用。

2.3功率因數(shù)的提高作用

在其進行應用后，可以通過觀測得知，相應的功率因數(shù)是存在的，因此就節(jié)省了對無功率相關(guān)補償裝置的應用，實現(xiàn)了節(jié)省相關(guān)成本的目的。

2.4緩解噪音干擾

相關(guān)的技術(shù)應用之后，電機的轉(zhuǎn)速在某種程度上降低了，這使得整個風機的噪音相應的減少，使工作環(huán)境安靜下來，讓相關(guān)的工作人員可以心平氣和地工作，降低了身心危害。

3變頻技術(shù)在煤礦風機中的應用

3.1應用原理

變頻的相關(guān)技術(shù)興起時間并不長，其應用原理為電機工作轉(zhuǎn)速與相應頻率的正比關(guān)系：n=60f（1-s）/p，公式中的n表示轉(zhuǎn)速、f表示輸入頻率、s表示電機轉(zhuǎn)差率、p則表示電機磁極對數(shù)，可以將頻率為50Hz的交流電通過相應的設(shè)備轉(zhuǎn)換成頻率能夠被調(diào)節(jié)的電源，將之提供給異步電動機，從相關(guān)的風機比例定律可知，在滿足Re≥5×106的前提下，葉片的直徑和相關(guān)介質(zhì)密度不發(fā)生改變的情況下，風量Q和n成正比關(guān)系；H代表風壓，與n2成正比關(guān)系，而W則與n3呈現(xiàn)正比例關(guān)系。此時如果讓轉(zhuǎn)速進行改變，那么風量必將隨之改變，而相應的功率卻大大遞減，從而實現(xiàn)了相應頻率改變對轉(zhuǎn)速起作用的目的。從上述分析可知，變頻技術(shù)之所以能在礦井的風機中進行應用就是利用了轉(zhuǎn)速和頻率之間的比例關(guān)系的原理。由于其具有節(jié)能高效的優(yōu)點，是當今最有前景的相關(guān)技術(shù)。

3.2風機節(jié)能方面的應用

風機多采用異步電動機直接驅(qū)動的方式運行，存在著啟動電流大、機械沖擊、電氣保護特性查等缺點，不僅影響了設(shè)備的使用壽命，而且當負載出現(xiàn)機械故障時不能瞬間動作保護設(shè)備，容易出現(xiàn)泵損壞的同時電機也背燒毀的現(xiàn)象。傳統(tǒng)的風機中的風量控制需要通過對風門開度調(diào)節(jié)實現(xiàn)，以此轉(zhuǎn)換風道斷面大小，如此做法的缺點就是耗費過多時間和精力；電動機的開啟一般都是以直接啟動的方式進行，啟動瞬間所產(chǎn)生的電流遠遠超過額定電流，電動機受到嚴重的機械振動和電流沖擊，造成其自身的使用壽命大大減少；一般情況下，礦井中調(diào)節(jié)風量都是首先調(diào)節(jié)風門，通過人力干預是通風阻力增加，但是此時的電動機的轉(zhuǎn)速仍然是按照額定水準運行，產(chǎn)生的多余電能無法應用，造成了電能的浪費；此外，擋板受到了較重的沖撞。綜合以上種種原因，并從節(jié)能角度進行分析，變頻技術(shù)在風機中的應用很有必

要性。

近幾年來，出于節(jié)能的迫切需要和對產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的要求，加上采用變頻調(diào)速器易操作、免維護、控制精度高并可以實現(xiàn)高功能化等特點，因而采用變頻器驅(qū)動的方案開始逐步取代風門、擋板、閥門的控制方案?？梢圆捎米屧械娘L機設(shè)備中的電柜系統(tǒng)與變頻控制柜進行并聯(lián)，這臺變頻控制柜型號為HY-FAN/INV-3.0，相關(guān)的變頻調(diào)速裝置可以選擇用富士系列中的FRN200P11S-4CX型號，將其額定電壓設(shè)定為380V，頻率方面的設(shè)置最好在0～50Hz之間，至于其額定電流設(shè)置方面可以為377A。通過大量現(xiàn)實應用計算之后，其省電率接近50%。通過上述各種計算可以證明，其應用的節(jié)能意義重大。

4結(jié)論

總之，應用變頻調(diào)速技術(shù)改造煤礦風機既提高了設(shè)備運行效率、滿足安全生產(chǎn)的風量，又降低了電能消耗、設(shè)備維修費用。煤礦風機采用變頻調(diào)速技術(shù)，每年大約能節(jié)約電能30萬kW.h，所以說煤礦風機應用變頻技術(shù)能為煤礦帶來良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻

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作者簡介：邊會杰（1974—），男，山西定襄人，山西汾西瑞泰井礦正明煤業(yè)有限公司通風區(qū)長，工程師，研究方向：通風、瓦斯、抽采、防突、防塵、防滅火類。