變頻技術在礦用通風機上的應用研究

顏明仁

（大同煤礦集團華盛萬杰煤業有限公司， 山西 河津 043300）

引言

對于礦用通風機，可實現變頻控制技術對于煤礦企業的生產活動、生產效益具有重要影響。通風機作為煤礦生產中的一種重要的設備，提高通風機的控制效率對煤礦的開采具有積極意義。由于井下生產條件的特殊性，在礦井中需要布置不同的通風機，但是很難做到對井下控制質量的實時控制。變頻技術的應用使得對井下控制的實時調節得以實現，基于變頻技術對通風機電機進行控制，從而實現對井下通風機風量的控制。

1 通風機變頻技術應用現狀

變頻技術的基本含義是改變交流電極切換頻率的技術，主要通過改變不同相之間的切換頻率，從而實現對電機的控制，然后由電機帶動其他設備運轉。隨著電子、電力技術以及各類控制理論的不斷發展，催生了比較先進且廣泛使用的控制技術。變頻控制技術由最開始的晶體管控制器，發展為數字化處理控制，到綜合化的變頻控制技術，如圖1所示，為通風機變頻系統示意圖[1]。

目前，礦用通風機都比較注重能效，在礦用通風機中廣泛使用變頻控制技術。根據相關文獻資料總結得到目前礦用通風機變頻技術的應用特點，下面分別從四個方面進行說明[2]：

1）少數通風機采用傳統的定頻控制技術，主流的設備還是采用變頻控制技術，通風機的控制方法長期以來都采用的是定速控制，或者是人工調速控制，不能實現對井下通風系統的實時調控。

2）目前我國較多的企業因為經濟投入大，無法及時更新落后設備，導致故障高發，同時設備維護成本也增加。

3）現有主流通風機效能偏低，若不能很好地根據其他輔助監控系統實時調節井下通風情況，則會造成能源的浪費。

4）通風系統管理與操作若過渡依賴人員操作，容易出現誤判，或者是判斷不及時，在井下無相關作業時，通風設備仍全速運轉，從而造成了較大的浪費。

圖1 通風機變頻系統示意圖

2 礦用通風機實際應用中存在的主要問題

1）煤礦的生產是具有一定的節奏的，不是一直處于高峰時段那樣的生產量，但是風機在匹配時，都保留了一定的設計冗余。這就導致了在整個生產過程之中，若沒有對通風機進行調節管理，會浪費較多的電量。

2）通風設備如果采用直接啟動方式，此過程電流較大，容易導致次生故障的發生，使設備處于嚴重的絕緣危險之中，甚至會影響到通風機的使用壽命。

3）相關設備的自動化程度不高，許多通風機由于沒有更新升級，需要人工手動進行操作調節，不能與其他輔助監控系統整合，實現實時監控與調節，由此造成大量不必要的電能浪費[3]。

3 應用變頻技術的優勢

根據相關的資料與工作經驗，在通風機中使用變頻調速技術具有諸多優勢，下面分別對其做簡要說明[4]：

1）降低電量消耗，這是通風機采用變頻控制技術最為顯著的優勢，可以跟隨井下生產作業的強度及時調節通風機的通風量，可有效避免能源浪費。實際上不光是不同生產時間具有明顯差異，同時在不同的生產作業區域也有很大的差異，因此需要對通風機進行差異化的控制與管理。

2）提高了通風機的使用壽命，變頻啟動的一大特點就是電機速度可控，若采用的是非變頻控制，在剛啟動電機的瞬間，電路中會產生巨大的電流，該電流不僅對電路可能造成損害，同時對電機本身也有一定的損害。而變頻控制的電機，在啟動時，可以將其電流控制在額定電流范圍之內，實際上對電機是一種保護。

3）減少了電機過熱情況，可以理解為電機繞組中的電流變化較為均勻，沒有電流突變的情況，那么通過電機繞組的磁通量就可以認為是恒定的，因此不會導致電機過熱的情況出現，有利于電機的平穩運行。

4）可實現實時控制，基于變頻控制技術的電機可以與井下輔助監控系統協同，當井下情況發生變化時，可以及時地對通風機的通風情況進行調整，這是變頻控制技術在通風機上應用的一大特點。

4 變頻調速系統的總體設計

4.1 變頻控制技術原理

變頻控制系統的結構相對比較簡單，首先是人向計算機發出指令，或者是計算機根據判斷自行作出相關的指令，信號經A/D轉換，轉換為數字信號，由計算機處理機進行模糊化處理，根據采集的信號來判斷，作出反饋。反饋的數字信號經D/A轉化，最終將信號轉達到執行機構，從而完成了對結構的控制，變頻控制技術的簡圖如圖2所示[5]。

圖2 頻控制技術的簡圖

變頻控制系統的搭建也相對比較簡單，在此不再對控制系統結構的搭建做詳細的說明，通過該變頻調速控制系統，可實現對通風機的精準調控，及時掌握通風機的狀態，對于延長通風機使用壽命，節約能源具有重要意義。

4.2 變頻控制系統總體方案

該通風機變頻控制系統，采用了雙CPU結構，可實現雙機切換控制或者是獨立控制，有效地提高了變頻控制系統的可靠性。兩套控制系統采用相對獨立的供電方式，保障在故障發生時的可靠性，同時該系統能夠采集瓦斯濃度、環境溫度以及巷道內空氣流量等信息，為通風機的控制提供有效參考。

該變頻控制系統的結構設計原理圖，如圖3所示。基于該系統可實現對井下通風情況的實時掌握，并可根據需要及時對井下空氣進行調整，實現了對井下通風情況的遠程實時調控。

圖3 變頻控制系統的簡圖

5 結語

在礦用通風機上應用變頻控制技術對提高通風機的運行安全性和節約能源消耗，提升企業競爭力等方面具有重要作用。通風機是井下煤礦開采必不可少的裝備，同時需要消耗大量的電能，因此對于提高通風設備的效能研究就顯得尤為重要。變頻技術是通過改變電源而達到控制、調節電機運行的目的，形成可以變化的頻率，從而實現對電機的控制，具有節能、易于控制等特點。

在煤礦井下的生產中，通風量大，對于電能的消耗也大，而且主通風機一般需要連續工作，此過程需要消耗大量的電能，通風機運行效率并不高。為了切實有效提高通風質量以及通風機的效能，對通風機采用變頻技術可實現對通風機的準確控制，對于煤礦的節能生產具有重要意義。變頻調速技術應用于礦用通風機上，可提高相關設備的運行效率，實現對井下通風量的精準控制，具有重要的現實以及長遠意義[6]。