高壓變頻器在煤礦通風機變頻調速中的應用

趙二進

(山西蘭花科技創業股份有限公司大陽煤礦分公司,山西晉城 048003)

高壓變頻器在煤礦通風機變頻調速中的應用

趙二進

(山西蘭花科技創業股份有限公司大陽煤礦分公司,山西晉城 048003)

文章簡要分析了變頻調速技術的原理及變頻調速技術的優點,最后結合工程實際詳細介紹了高壓變頻器在煤礦通風機變頻調速中的應用情況。

煤礦 變頻控制 應用

煤礦企業在我國經濟發展中占有重要的地位，隨著近年來科學技術的不斷進步，一些新的技術和先進設備也不斷應用到煤礦企業的生產中，尤其是隨著煤礦企業產量的不斷增加，井下機電設備正在向著大功率、高耗能的方向發展。由于現在我國煤礦企業的開采技術相比國際先進水平相對落后，煤礦企業的用電量不斷增加，高耗能和低的生產效率之間的矛盾日益突顯，造成目前煤炭行業經濟不景氣的局面。變頻調速技術在煤礦企業生產中的應用，在節約能源、提高生產效率方面起到了很重要的作用，為進一步降低煤礦企業的生產成本、減少能源消耗起到了不可忽視的作用。

1 變頻調速技術的原理

變頻調速技術是機電一體化、強弱電混合的綜合性應用技術，其任務是：用電力電子器件及其控制電路，完成大功率電能的形態變換，包括頻率、波形、電壓等變換；用形態變換后的電能驅動電動機，并通過機械裝置將電能轉換成工作系統所需要的機械運動，實現工作系統的運動控制和節能控制；而要完成上述任務，必須采用傳感器、電子電路、計算機等組成自動控制電路，實現電機拖動系統運行信息的采集、處理、傳輸和運行狀態的實時控制，這就是變頻調速控制。

變頻調速控制技術是自動控制技術和變頻調速技術在電機拖動系統中的整合集成，用以處理電機拖動系統的運動控制、節能控制和運行管理等問題，是用電子信息技術改造傳統耗能設備，實現電機拖動系統自動化和節能運行的主流方法。

可以通過調節電機的磁極對數來控制電機的速度，但是電機的磁極對數是固定不變的，為了達到自由控制電機速度的目的，只能在電機的外部調節磁極對數之后再進行供電。如果只改變供電頻率的話，這樣很容易造成電機燒壞，為了不損壞電機還需要改變供電電壓。變頻調速技術就是能在改變電機供電頻率的同時也改變供電電壓，用這種方式調節電機的轉速，有效的防止電機燒壞事故的發生。

2 變頻調速技術的優點

(1)調速效率高。變頻調速的特點是在頻率變化后，電動機仍在該頻率的同步轉速附近運行，基本上保持額定轉差率，轉差損失不增加。變頻調速時的損失，只是在變頻裝置中產生的變流損失，以及由于高次諧波的影響，使電動機的損耗有所增加，相應效率有所下降，所以變頻調速是一種高效調速方式。

(2)調速范圍寬。一般調速范圍可達10：1(50～5Hz)或20：1(50～2.5Hz)，并在整個調速范圍內均具有較高的調速裝置效率。所以變頻調速方式適用于調速范圍寬且經常處于低轉速狀態下運行的負載。

(3)必要時，變頻裝置可以退出運行，改由電網直接供電。這對于泵或風機的安全經濟運行是很有利的。如萬一變頻裝置發生故障，就退出運行，不影響泵與風機的繼續運行。又如在接近額定頻率

(50Hz)范圍工作時，由變頻裝置調速的經濟性并不高，變頻裝置可退出運行，由電網直接供電，改用節流等常規的調節方式。

(4)變頻裝置可以兼作軟起動設備，通過變頻器可將電動機從零速起動連續平滑加速直致全速運行。變頻軟起動是目前最好的軟起動方式，變頻器是目前最好的軟起動設備。

3 高壓變頻器在煤礦通風機變頻調速中的應用

山西某煤礦是一個新建礦，年生產能力已達100萬t。礦井通風方式為抽出式，兩臺軸流通風機互為備用，風機起動方式為串電抗器減壓起動。主扇風機為沈陽風機廠生產的2K58系列礦井軸流通風機，型號為2K58-NO28，轉速為590r/min。配備電動機型號為JS-157-10，額定電壓為6000V，額定電流為33A，額定功率為260kW，轉速590r/min。礦井通風設備是根據生產發展規劃配備的，由于建礦時間短，實際生產能力沒有達到中遠期設計水平，因此通風設備存在較大裕量。山西省煤礦節能監測中心對通風機的性能進行了技術測定，其運行工況點為：風量104m3/s，全壓為1996Pa，風機效率僅為27.5%，風機軸功率為90kW。針對礦井實際的風量需求，采用調節葉片角度和調節垂直風門開啟度實現風量調整。經計算，兩臺通風機運行偏離最佳工況，每年多消耗電能45.32萬kW·h，電能浪費十分嚴重。

改造方案：選用一臺260kW/6000V的高壓變頻器進行調速運行，首先恢復風機扇葉數量，將扇葉調整到最佳工作角度(30°)，使風機工作在最佳狀態；利用變頻器的調速功能，根據生產對風量和風壓的要求，自動調節風機吸風量，使風機獲得最大的節能效果；同時變頻器具有軟起動功能，可根據實際情況，設定相應的起動時間，以減少直接起動所產生的大沖擊電流，取消了直接起動時所串接的限流電抗器。

通過對數據進行分析與總結表明：流通風機變頻改造后，在滿足正常生產對風量(現在為46.33～53.67m3/s)和風壓(1700Pa)需求的前提下，電動機實際轉速比額定轉速590r/min下降了17%。電動機實際功率為電動機額定功率的56%，節電率約為44%。

變頻改造后，由于高壓變頻器功率因數高，不需無功功率補償，因而去掉了原有的并聯在電動機輸人側的電容器。變頻改造后，實現了生產對通風機的自動控制，提高了設備自動化控制程度和設備的可靠性，設備磨損減輕，維護費用降低，延長了維護周期，工作強度減少，設備的噪聲降低，改善了工作環境。

4 結語

隨著科學技術的不斷發展，變頻技術在煤炭行業內使用范圍越來越廣泛，很大程度上為礦井節約了電能，從變頻技術在煤礦企業應用的現狀來看，變頻器會應用到更多的煤礦機械設備中，因此研究高壓變頻器在煤礦中的應用具有十分必要的意義。

[1]周志敏,周紀海,紀愛華.逆變電源實用技術一設計與應用[M].北京:中國電力出版社,2005．

[2]高景德,王祥珩,李發海.交流電機及其系統的分析[M].北京:清華大學出版社,2005.

[3]王兆安,黃俊.電力電子技術[M].北京:機械工業出版社,2004．

[4]George J．Wakileh．徐政譯．電力系統諧波——基本原理、分析方法和濾波器設計[M]．北京:機械工業出版社,2003．

[5]陳道煉.DC—AC逆變技術及其應用[M].北京:機械工業出版社,2003．

[6]李愛文,張承慧.現代逆變技術及其應用[M].北京:科學出版社,2002．