變頻調速技術在煤礦通風機自動化控制中的應用研究

摘 要：隨著電子控制技術的全面發展，可以合理應用交流變頻調速技術，通過此項技術應用，能實現通風機電動機無級調速，對風量傳遞實現有效控制，實現礦井生產節支降耗的發展目標。本文主要探討變頻調速技術在煤礦通風機自動化控制中的應用，以期更好的控制煤礦企業生產成本，擴大企業經濟效益。

關鍵詞：變頻調速;煤礦;通風機;自動化控制

在礦井開采中，通風機必須做到全年不間斷運轉，功率大、耗電量大。通風機的總耗電量在礦井總耗電量中約占15%～20%，在有些礦井甚至占到30%以上。傳統通風機多為異步電機拖動，通過恒轉速來進行控制，利用風門或蝶閥節流耗能降低風量，這樣的操作在很大程度上造成能量浪費，利用率低下。因此，設計出一套安全高效節能的通風機控制系統是確保礦井安全高效開采的重要任務。

一、變頻器對煤礦通風機的作用

（一）穩定通風機電壓頻率

變頻器是通過將電機電流頻率進行轉換，使通風機電流處于一個穩定的安全區間之內，通過穩定電源電壓使通風機避免井下電壓的波動而產生停轉、燒毀等故障，對通風機電壓和頻率的穩定與調節，不僅可以實現對通風機的控制而且還可以實現通風機運行功率與消耗電能相匹配，不僅節省了能源耗費，而且大大提高了井下生產的穩定性。

（二）擴大通風機調速區間

煤礦井下通風機傳統的調速模式是通過對通風機的風速調節閥門來實現對通風機風速的調節，但是這種利用縮小通風機運轉速度的方法實現對通風機風速調節的模式對通風機電機有著極大的損害，在額定電壓通風機電機工作狀態下，如果單憑縮小通風機運轉速度的方法容易使通風機電機在運行過程中極度發熱，甚至引起電機的燒毀。由于通風機在一定的電壓區間內都可以運轉，因此這樣的裝置也可以加大通風機的調速區間，而不僅僅是傳統意義上通風機的三到五個擋位的風速調節區間。

（三）輔助通風機節能降耗

通風機電機在未設置變頻器的情況下，啟動瞬間電流的增大對通風機電機產生巨大的影響，甚至發生電機燒毀的嚴重故障，對電機壽命帶來不利影響，同時，瞬間電流的增大也對煤礦井下局域電網產生較大的沖擊力，甚至造成電路短路、燒毀等嚴重現象。變頻器的安裝與使用可以有效調節電機啟動時的瞬間電流，啟動時的電流也不會超過通風機電機的額定電流，有效保護了通風機電機的運行安全，延長通風機使用壽命，同時，變頻器對通風機啟動電流的控制和調節也可以緩解局部電網壓力，避免線路故障的發生。

二、煤礦通風機變頻調速的應用研究

（一）變頻器與PLC選用

變頻器合理選取對提升通風機基本運行性能以及節能成效具有重要促進作用。目前應用較多的變頻器主要能分為交-直-交變頻器與交-交變變頻器兩種。前者是間接式變頻器，基于工頻電流轉為直流之后再轉為可調電流，后者是直接式變頻器，是將工頻電流轉為可調電流?，F階段對礦井生產基本要求以及通風機基本特性提出了更高要求，比如選用CS800-04系列變頻器，此類信號變頻器實際輸出功率值能達到260kW，基本運行頻率能保持在0～400Hz，其具有良好的過載、過速、過壓保護作用。

PLC主要是由電源、存儲器、中央處理器等部分組成，其中，中央處理器能對數據有效控制，存儲多項程序，對各類故障進行精確化判斷，對錯誤信息進行有效處理，屬于PLC控制核心部分。結合實際應用要求可以選取S7-200型PLC，從實踐應用中能得出其運行安全性較高，尺寸較小，消耗成本較低，計算速度較快，便于更換。

（二）PLC變頻調速系統的設計

本系統為實現風機運行數據的采集，主要采用風速傳感器、瓦斯傳感器與震動傳感器等。由于井下環境特殊，所以傳感器均采用本質安全型，使用電纜連接。如圖1所示，PLC控制系統中主要有各個子程序、主程序以及中斷程序等組成，其中主程序中多個組成程序能對電動機變頻調速進行有效控制。中斷程序以及子程序能實現控制系統的有效保護，對啟動程序進行初始化檢查。

PLC主程序啟用之前，要通過各個子程序進行有效自檢。通過穩定啟動主程序能對變動機采取變頻調速控制，通過對煤礦施工現場瓦斯現狀進行監控，保障PLC控制程序能有效啟停。依照相關規定要求，在電動機周邊對瓦斯濃度進行有效控制，瓦斯濃度較高時需及時切斷電源。由于煤礦開采現場環境要素具有多變性，隨著開采面不斷延伸，挖掘區域瓦斯濃度會進一步變化，所以要在瓦斯濃度區域設定對應的電源頻率，依照通風量控制對現場用風量進行調控。

三、應用成效分析

通風機在未全面應用變頻調速之前月耗電量是12.2萬kWh，而通過實施變頻調速之后，經實踐檢測發現耗電量有效降低了7萬kWh，其實際節約電費量較多。由此可得，通過變頻調速可以全面控制通風機耗費的電能，其次應用變頻調速技術，能保障通風機穩定運行，延長應用壽命，對控制煤礦生產成本具有重要意義。同時，應用該技術，能保障煤礦現代化生產效率以及智能化生產水平全面提升，并能對礦山生產電能資金投入進行控制，推動現代化煤礦全面發展。

此外，還應根據風壓和風量的數值，對通風機的葉片位置進行合理調節，提高變頻通風設備的使用安全性。在礦井下，還應定期地開展反風演習工作，避免出現緊急情況下通風機不能正常工作的情況。

四、結束語

通過變頻調速可大幅度節約通風機所耗電能。另外，通過變頻調速技術的應用，可有效提高通風機的運行穩定性和使用壽命，對于煤礦節支降耗具有重要的作用。通過調節通風機的電流頻率來實現通風機風速、運轉功率與耗費電能相匹配，實現通風機節能降耗，促進煤礦企業效益的提高。

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作者簡介：陳春林（1984-1）男，貴州六枝，六枝特區應急管理局，機械設計制造及其自動化（機電）。