基于高壓變頻器技術探析礦井通風機的節能改造

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展，高壓變頻技術在礦井通風機節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能改造，旨在為類似的礦井通風機節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《節能中長期專項規劃》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能改造中的應用。文章以坑柄煤礦為例，該礦井年產量13萬 t，隨著開采年限的延長以及礦井采區的不斷延伸，礦井面臨的生產條件逐漸惡化，礦井的通風機已經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能改造，顯著的改善了礦井的通風狀況，并且節約了大量的能源，取得了良好的經濟效益，一舉多得。

1 節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、連續的運行，以此保證礦井能夠正常運行的大型生產設備，在進行節能改造之前，該礦井的通風機存在的問題主要表現為：①擋板采用人工調節的方式，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，造成嚴重的電網波動，直接影響系統的使用質量以及壽命；④采用風門調節，浪費大量電能的同時，還給電路造成很大的壓力，嚴重的影響系統的使用壽命；⑤實時性差、線性度低、調整精度低等。

2 基于高壓變頻器技術對礦井通風機的節能改造

高壓變頻器技術是一種新型的電力電子變換技術，其優點主要表現為：提供更加純凈的輸入電源的特性，提高功率因數，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，還具有很好的節能效果，致使其被廣泛的應用在工業生產的各個行業中。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，實現速度調節，降低沖擊，還能提高通風機的功率因數，提高效率，起到節能的效果。高壓變頻器技術對礦井通風機的節能改造主要表現為：

2.1 系統的控制模式

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前饋補償環節，其主要數用于改善磁通環以及轉矩的瞬態響應；②速度與磁通調節器，其主要用在矢量控制的外環；③電流調節器，其主要用在矢量控制的內環；④馬達模型，其主要用于檢測電機的速度以及磁通。

2.2 系統組成

根據該礦井的實際需求，礦井通風機勵磁回路采用數字調速器6RA70，定子回路采用高壓變頻器（采用湖北三環發展股份有限公司生產的空冷型SH-HVF系列Ⅲ型高壓變頻器），勵磁調速器6RA70由高壓變頻器的磁通進行調節和控制。

2.3 系統改造

系統調節主要表現為以下幾個方面：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，該系統采用變頻啟動方式，其實質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，系統將定子電源的頻率調至較低的水平，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異步的問題，有效的避免了系統出現脈動的危險；②系統的調速改造，通過采用高壓變頻器技術對礦井通風機進行改造后，該系統采用同步電機控制模式（SMC），控制系統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，調節電機的速度。在調節轉速的整個過程中，由于定子與勵磁相互協調，實現了彼此間的同步作用，保證該系統不至于出現運行中不協調的狀況，有效的解決了同步機不同步工作的問題；③系統的滅磁改造，通過采用高壓變頻器技術對礦井通風機進行改造后，該系統實現了變頻啟動，采用6RA70直流調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，實現逆變滅磁，通過改造后，該系統僅僅只是在勵磁繞組的兩端并聯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降低至現在的40 Hz，及時按照當地的最低的平均電價0.63 元/kW·h計算，每年為礦井節約11萬元左右的電費，經過實踐證明，采用高壓變頻器技術對礦井通風機進行節能改造具有很大的現實意義。

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、操作方便簡單等方面的優勢，并且對風機和電氣起到了很好的保護作用，在保證生產安全的基礎上，提高了生產效率，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濟效益。因此，利用高壓變頻器技術對礦井通風機的節能改造，值得廣泛的推廣和應用。

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