变频技术在煤矿风机中的应用

（山西汾西瑞泰井矿正明煤业有限公司，山西 汾西 032600）

摘要：由于煤矿风机多采用异步电动机直接驱动的方式运行，存在着启动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点，不仅影响风机的使用寿命，而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备，时常出现泵损坏的同时电机也被烧毁的现象。在煤矿风机中应用变频技术，不仅能提高风机的运行效率，而且也能满足煤矿安全生产的风量需求，同时能保护电机，降低能耗，文章对其进行了论述。

关键词：煤矿风机；变频技术；软启动；风机节能；安全生产；节能降耗

中图分类号：TD635文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）21-0043-02煤矿巷道的通风系统，在煤矿安全生产中起着至关重要的作用，主通风机是保障通风系统的重要设备。由于功率大，昼夜连续运转，因而耗电很大。风机耗电量占煤矿总用电量的15%～20%，有的高达30%。风机的实际工况取决于风机的特性曲线和矿井的阻力特性曲线。在生产过程中、矿井阻力特性曲线是变化的。随着煤矿开采及掘进的不断延伸、巷道延长，所需风量增大。风量和风压是随着煤矿生产能力和其他条件的变化而不断变化的。传统的调节方法是根据所需风量的多少，通过调节风叶角度和调整空气网络阻力的方法来实现，调整叶片角度可以调整风量，但风机的效率较低，调整网络增加系统阻力可调整风量，但浪费电能，调节起来也不方便。节能减排已成为我国的基本国策。煤矿企业既是产能大户，又是耗能大户，许多煤矿企业都非常重视高耗能用电设备的节能技改工作。应用变频调速改变风机的转速调节风量，在保障安全生产和节能降耗、提高经济效益两个方面都有十分重要的意义。

1变频技术的原理

变频器的形式有两种，一种是交—交，另一种是交—直—交。前者类型的变频器能够直接转换为频率和电压都可以进行调控的交流电。对于另一种形式而言，其第一个工作环节是让工频交流电流过整流器，通过相应的转换，使其成为直流电，然后再让新转化成的直流电流入逆变器，让其在流出之后转变为可进行调节的直流电。根据这种转化的特点，前者又可以叫直接变频器，后者又可以称为间接变频器。间接变频器主要由主体电路和可控线路组成。其各个组成部分的作用有以下几点：整流器的作用就是可以将具有三相性质的交流电经过种种作用机制转换为直流电。中间相关环节。异步电动机是逆变器的负载，该负载为感性负载。

不管电动机处于何种电动状态，经过全方位的测算，其功率因数也不可能等于1，这就会导致无功功率无可避免地出现在直流环节运行过程与电机运作之间。逆变器的主要作用是对直流电进行转换，让其变为频率和电压都可以被调节的三相交流输出。

2变频技术在煤矿风机中发挥的作用

变频技术在煤矿通风机中的作用是让变频器对开关柜进行相应的替换，这会造成应用初期阶段的成本相应的提高，但是从长远眼光来看，其节能的意义就慢慢体现出来，可以实现电费的大量节约，为煤矿的相关工作做出节省的表率。

2.1节约能源

在煤矿中，一般运用机械和电气两种方式实现对风量的调整。风机要实现对风量的调节必须通过对机器内部的叶片的相应调控，但是这样的运作有一个弊端，那就是相应的工作效率过低，虽然经过相应的调整可以实现对风量的调节，但是对电能的消耗过大。而变频技术则是实现对风量进行有效调整的最佳方式。风量在系数上与功率和转速成正比，因此从理论上来说，对其相应的转速进行调节是最有效的。经过大量实践证明，变频技术在通风机中进行应用之后可以节约的电能超过30%，这对我国的节能事业做出了重大贡献。

2.2可以实现电机的软启动

经过实际观测，在这个技术应用之后，电机在刚刚启动阶段时电流从无到有，直到提供到足以满足现实应用需求的时候，具有冲击威力的急速电流并没有出现，如此对延长相关机器的使用寿命具有重要的作用。

2.3功率因数的提高作用

在其进行应用后，可以通过观测得知，相应的功率因数是存在的，因此就节省了对无功率相关补偿装置的应用，实现了节省相关成本的目的。

2.4缓解噪音干扰

相关的技术应用之后，电机的转速在某种程度上降低了，这使得整个风机的噪音相应的减少，使工作环境安静下来，让相关的工作人员可以心平气和地工作，降低了身心危害。

3变频技术在煤矿风机中的应用

3.1应用原理

变频的相关技术兴起时间并不长，其应用原理为电机工作转速与相应频率的正比关系：n=60f（1-s）/p，公式中的n表示转速、f表示输入频率、s表示电机转差率、p则表示电机磁极对数，可以将频率为50Hz的交流电通过相应的设备转换成频率能够被调节的电源，将之提供给异步电动机，从相关的风机比例定律可知，在满足Re≥5×106的前提下，叶片的直径和相关介质密度不发生改变的情况下，风量Q和n成正比关系；H代表风压，与n2成正比关系，而W则与n3呈现正比例关系。此时如果让转速进行改变，那么风量必将随之改变，而相应的功率却大大递减，从而实现了相应频率改变对转速起作用的目的。从上述分析可知，变频技术之所以能在矿井的风机中进行应用就是利用了转速和频率之间的比例关系的原理。由于其具有节能高效的优点，是当今最有前景的相关技术。

3.2风机节能方面的应用

风机多采用异步电动机直接驱动的方式运行，存在着启动电流大、机械冲击、电气保护特性查等缺点，不仅影响了设备的使用寿命，而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备，容易出现泵损坏的同时电机也背烧毁的现象。传统的风机中的风量控制需要通过对风门开度调节实现，以此转换风道断面大小，如此做法的缺点就是耗费过多时间和精力；电动机的开启一般都是以直接启动的方式进行，启动瞬间所产生的电流远远超过额定电流，电动机受到严重的机械振动和电流冲击，造成其自身的使用寿命大大减少；一般情况下，矿井中调节风量都是首先调节风门，通过人力干预是通风阻力增加，但是此时的电动机的转速仍然是按照额定水准运行，产生的多余电能无法应用，造成了电能的浪费；此外，挡板受到了较重的冲撞。综合以上种种原因，并从节能角度进行分析，变频技术在风机中的应用很有必

要性。

近几年来，出于节能的迫切需要和对产品质量不断提高的要求，加上采用变频调速器易操作、免维护、控制精度高并可以实现高功能化等特点，因而采用变频器驱动的方案开始逐步取代风门、挡板、阀门的控制方案。可以采用让原有的风机设备中的电柜系统与变频控制柜进行并联，这台变频控制柜型号为HY-FAN/INV-3.0，相关的变频调速装置可以选择用富士系列中的FRN200P11S-4CX型号，将其额定电压设定为380V，频率方面的设置最好在0～50Hz之间，至于其额定电流设置方面可以为377A。通过大量现实应用计算之后，其省电率接近50%。通过上述各种计算可以证明，其应用的节能意义重大。

4结论

总之，应用变频调速技术改造煤矿风机既提高了设备运行效率、满足安全生产的风量，又降低了电能消耗、设备维修费用。煤矿风机采用变频调速技术，每年大约能节约电能30万kW.h，所以说煤矿风机应用变频技术能为煤矿带来良好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1] 杜均新．高压变频器在煤矿主通风机上的应用[J]．煤

 矿机械，2008，（4）．

[2] 范天吉．煤矿通风综合技术手册[M]．吉林：吉林电

 子出版社，2003．

作者简介：边会杰（1974—），男，山西定襄人，山西汾西瑞泰井矿正明煤业有限公司通风区长，工程师，研究方向：通风、瓦斯、抽采、防突、防尘、防灭火类。

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