變頻技術在煤礦風機中的應用

（山西汾西瑞泰井礦正明煤業有限公司，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，而且當負載出現機械故障時不能瞬間動作保護設備，時常出現泵損壞的同時電機也被燒毀的現象。在煤礦風機中應用變頻技術，不僅能提高風機的運行效率，而且也能滿足煤礦安全生產的風量需求，同時能保護電機，降低能耗，文章對其進行了論述。

關鍵詞：煤礦風機；變頻技術；軟啟動；風機節能；安全生產；節能降耗

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，在煤礦安全生產中起著至關重要的作用，主通風機是保障通風系統的重要設備。由于功率大，晝夜連續運轉，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能力和其他條件的變化而不斷變化的。傳統的調節方法是根據所需風量的多少，通過調節風葉角度和調整空氣網絡阻力的方法來實現，調整葉片角度可以調整風量，但風機的效率較低，調整網絡增加系統阻力可調整風量，但浪費電能，調節起來也不方便。節能減排已成為我國的基本國策。煤礦企業既是產能大戶，又是耗能大戶，許多煤礦企業都非常重視高耗能用電設備的節能技改工作。應用變頻調速改變風機的轉速調節風量，在保障安全生產和節能降耗、提高經濟效益兩個方面都有十分重要的意義。

1變頻技術的原理

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換為頻率和電壓都可以進行調控的交流電。對于另一種形式而言，其第一個工作環節是讓工頻交流電流過整流器，通過相應的轉換，使其成為直流電，然后再讓新轉化成的直流電流入逆變器，讓其在流出之后轉變為可進行調節的直流電。根據這種轉化的特點，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的交流電經過種種作用機制轉換為直流電。中間相關環節。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，經過全方位的測算，其功率因數也不可能等于1，這就會導致無功功率無可避免地出現在直流環節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換，讓其變為頻率和電壓都可以被調節的三相交流輸出。

2變頻技術在煤礦風機中發揮的作用

變頻技術在煤礦通風機中的作用是讓變頻器對開關柜進行相應的替換，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，其節能的意義就慢慢體現出來，可以實現電費的大量節約，為煤礦的相關工作做出節省的表率。

2.1節約能源

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

2.2可以實現電機的軟啟動

經過實際觀測，在這個技術應用之后，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實應用需求的時候，具有沖擊威力的急速電流并沒有出現，如此對延長相關機器的使用壽命具有重要的作用。

2.3功率因數的提高作用

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

2.4緩解噪音干擾

相關的技術應用之后，電機的轉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，使工作環境安靜下來，讓相關的工作人員可以心平氣和地工作，降低了身心危害。

3變頻技術在煤礦風機中的應用

3.1應用原理

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

3.2風機節能方面的應用

風機多采用異步電動機直接驅動的方式運行，存在著啟動電流大、機械沖擊、電氣保護特性查等缺點，不僅影響了設備的使用壽命，而且當負載出現機械故障時不能瞬間動作保護設備，容易出現泵損壞的同時電機也背燒毀的現象。傳統的風機中的風量控制需要通過對風門開度調節實現，以此轉換風道斷面大小，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，礦井中調節風量都是首先調節風門，通過人力干預是通風阻力增加，但是此時的電動機的轉速仍然是按照額定水準運行，產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，并從節能角度進行分析，變頻技術在風機中的應用很有必

要性。

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

4結論

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

參考文獻

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[2]?范天吉．煤礦通風綜合技術手冊[M]．吉林：吉林電

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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有限公司通風區長，工程師，研究方向：通風、瓦斯、抽采、防突、防塵、防滅火類。