变频节能技术在煤矿通风机中的应用

变频节能技术在煤矿通风机中的应用

吴永强

新疆煤炭设计研究院有限责任公司新疆乌鲁木齐市830091

摘要：目前，矿用通风机的节能减排降耗问题已经成为了研究的热点之一。如何完成变频技术的改进及应用，如何设计通风机的变频节能系统，对于矿井事业的发展具有着重要的现实意义。

关键词：主通风机；变频调速；节能

前言：目前，在我国煤矿运行中，通风机数量众多，但具有较低的运行效率。根据一些数据统计可知，数万台通风机在全国煤矿运行中使用，其功率在几千瓦与几百千瓦范围内，且最大功率的有数千千瓦。然而，在通风机的实际使用中，一般而言，其运行效率为50%左右，少数效率为70%左右。同时，在全矿总能耗中，主通风机耗电占比重很大。在我国经济增长的环境下，各行业生产的用电需求增加，用电矛盾逐渐突出。因此，对于煤矿行业而言，需要采取有效措施，利用有效技术节能降耗，节约煤矿经济效益，促进经济、环境的可持续发展。

一、在采用变频技术时应考虑的因素

在煤矿生产中，主通风机变频技术的优势逐渐显现出来，因此，在今后的一定时期内，变频控制将是主通风机的一个主要研究和发展方向。在煤矿生产中，变频技术的优点主要是实现矿井内风量的自动控制和无级供给。随着变频技术的不断改进，在使用时，应考虑以下几个因素。

1.1安全可靠性

1.1.1对主通风机的电气参数进行测定和统计，通过计算机确定最好的加速曲线，这样，不仅能够预测最佳的软启动效果，而且，能够在变频器产生故障时，通过旁路工频的启动方式及时找到故障原因并快速的解决，保证生产能顺利进行。

1.1.2在正常运行之前，要对井下的所需风量和风压的大小进行测定，确定最佳通风机叶片的角度，并根据模拟的特性曲线，找到最佳的工作点和最优的主通风机转速，再根据以上预测，找到最佳的变频器运行频率。

1.1.3通风机在运行时，要进行定期的维护，通过切换倒机保证通风机的正常运行。同时，在进行倒机时，为了不影响煤矿开采工作，应将另1台的工作参数设定的与前1台相同，保证矿井内的风量和风压相同。

1.1.4为保证在灾害发生时，主通风机能够产生足够的反风量，根据相关的规定，煤矿井下要进行每年的例行反风演习，保证主通风机性能的可靠性。传统的反风方式是通过调整风门风道和断路器切换相序的方式，来实现电动机的反转，在对变频器的频率进行设定时，可以打破传统的规定，在灾害发生时，先将人机界面的运行频率调整到负频率值，让主通风机的转速减小，到零后直接进行反转，这种模式避免了人为因素的影响，减小了员工的工作量，降低了操作的失误率，同时，保证了反风的安全性，提高了灾难的预防性。

1.2减少能源的消耗

1.2.1在选择变频器时，不要因价格过高，而去选择廉价的变频传动系统。变频器的电压是三相电压，能够产生SPWM波的输出电压波，而在异步电动机的定子中，由于高次谐波的存在，导致电动机的损耗增加，造成电动机的功率因数和效率变差。因此，变频器的选择对于企业的安全生产至关重要，不能因价格的原因选择高次谐波分量较大的变频器，在目前市场上，像三菱、东芝等进口变频器的性能比较好，是较好的选择。除此之外，系统的漏风也是安全生产的一个主要原因。

1.2.2随着当前节能减排的提出，企业在选择电动机时，应积极相应国家的号召，尽量选择高效低功耗的电动机，这样不仅能够有效的降低电动机铁芯和绕组铜的损耗，同时降低生产成本，增加了企业的经济效益。

1.2.3取消中间的变压环节，在选择电动机时，应优先考虑和供电电压相同等级的电压，同时采用直供式变频器，这样不仅减少了因中间变压环节造成的电能损失，同时，减小了电网污染。除此之外，变频器应能够抑制高次的谐波，对电磁具有较强的兼容性，同时在不影响其他电子设备的基础上，能够保证较高的功率因数。

1.2.4变频装置应具有较强的适应能力。在生产中，电压的不稳是影响生产的一个重要因素，因此，在选择变频装置时，应保证在电压波动较大时，仍能正常工作，保证通风系统的正常工作，维持生产的顺利进行。

1.2.5应将变频调速控制装置同瓦斯监测系统联网。这样，当矿井内的开采面突然产生大量的瓦斯时，能够通过瓦斯监测系统对变频器进行自动调整，以应对突然出现的瓦斯危害，保证安全生产能继续进行。

二、通风机调节方法

通风机的风量调节，是通过改变通风机本身的特性曲线或改变外部管网特性来进行的。可以分为风机恒速时的风量调节和风机变速时的风量调节。

2.1通风机恒速时的风量调节

对于轴流式通风机。通过增大叶片安装角度可以增大风压，也可以通过改变工作轮的级数或叶轮片数来调节通风量。但这些调节一般需要在风机停机时才能进行，只适合较长阶段的风量调节，无法实现通风量的平滑调节和与实际通风量要求的随动。

对于离心式风机。目前都是通过调节通风机口及风道或送风道中闸门的开启程度，人为地减小风道断面，增加通风阻力，改变通风管网的特性曲线，最终改变风机运行工况点，实现风量调节。这是一种很不经济的调节方法。

2.2通风机变速时的风量调节

通过改变通风机的转速，实现通风机特性曲线的改变，从而改变通风量，是离心式通风机节能运行的有效方法。

由流体力学可知，风量Q与转速n的一次方成正比，风压H与转速n的平方成正比，轴功率Ps与转速n的三次方成正比。即：Q∝n，H∝n2，Ps∝n3。当所需风量减少，风机转速降低时，其功率按转速的二次方下降。如所需风量为额定风量的80%，则转速也下降为额定转速的80%，而轴功率下降为额定功率的51.2%；当所需风量为额定风量的50%时，轴功率可以下降为额定功率的12.5%。当然，转速降低时，效率也会有所降低，同时还应考虑控制装置的附加损耗等影响。即使如此，变速调节的节电效果也是非常可观的。

三、变频技术在通风机应用中的优势

3.1能够提高机器的调速效率。变频技术的主要特点在于可以灵活改变设备的频率，当频率发生变化之后，通风机仍能够在该频率的同步转速附近运行。能够保持基本的额定转差率，但是不增加转差损失。变频调速时的损失，也只是在变频装备中产生变流损失和高次谐波影响，才使得通风机的损耗有所增加，相应的效率也就下降。因此，变频技术是一种高效的调速方式。

3.2操作方便。通风机的启动时间可以由原来的八分钟减少到现在的一分钟之内，并且能够根据矿井的风量需求做出适当的调整。

3.3必要时，变频装置能够推出运行，由电网直接供电。这有利于通风机的安全、经济运行。在接近50hZ的范围工作时，变频装置的调速经济性能不高，变频装备退出。电网直接供电之后，改用节流等常规的调控方式。

3.4变频技术的调速范围很广，一般可以达到50hZ，在整个运行范围内具备较高的调速装置效率，变频的调速方式使用调速的范围宽，并且常常处在低速状态下的运行负荷。

结束语：

矿用通风机采用了变频调速，不仅可以实现软起停，大大节约了电能，而且可根据巷道的风量需求方便地进行调速，取得的效果比较理想。在变频技术相当成熟的今天，变频设备可以作为单独的设备出现在市场上，通风机的变频调速改造中，原设备“供电系统”电动机等都不需要变动，只需把变频器买回来直接连接电源，进行软件设置即可使用，所需时间短，可靠性强，使用维修方便，改造后的通风机若把变频器的控制系统与瓦斯监控系统联网，可以在瓦斯涌出量变大的时候自动增加通风量，冲淡瓦斯，有效防止了事故的发生。根据国家出台的节能减排政策，变频器在这一方面的应用值得广泛推广。

参考文献：

[1]吴华建.矿用通风机变频节能技术研究.露天采矿技术，2013（4）

[2]曲素荣、贾燕茹.矿井主通风机变频调速系统技术改造.工矿自动化，2014（8）

[4]梁尤庆.矿井通风机变频技术应用与节能初探.中国-东盟博览，2013（2）