變頻器在煤礦通風機節(jié)能降耗上的應用分析

南成磊

摘 要：變頻器具有可以隨時調(diào)節(jié)速度、并且操作十分簡單，使得工作效率能夠大幅度提升的特點，在這樣的條件下，導致變頻器在煤礦設(shè)備中的運用越來越廣泛，并且能夠進一步的提升煤礦企業(yè)的工作效率，帶來更大的經(jīng)濟價值，本文就變頻器在煤炭通風機節(jié)能降耗中的應用做出了精細的分析，希望能夠給各位同行帶來一些經(jīng)驗和指導，以此來促進我國煤炭技術(shù)的不斷完善和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：變頻器；通風機系統(tǒng)；節(jié)能降耗

引言

由于通風機所具有的自身特點，需要保持長時間的運轉(zhuǎn)，并且通風機所需要的電流和電壓都相對來說比較高，基于這樣的原因，使得通風機成為了井下的高消耗設(shè)備，但是如果把變頻器調(diào)速技術(shù)在礦井通風機系統(tǒng)中加以應用，就能有效的改變目前的現(xiàn)狀，進而使得通風機的使用性能和延長其使用的壽命。

一、礦井通風機系統(tǒng)變頻器的應用

（一）應用變頻器的效果

節(jié)能控制：把風機當作變頻器的負載設(shè)備，這對風機的轉(zhuǎn)速有著直接的影響，從流體力學的教學來看，轉(zhuǎn)速與通流量的比例是成正比的，流體的壓力和轉(zhuǎn)速平方屬正比關(guān)系，從實際的效果來看，如果把風機的轉(zhuǎn)速調(diào)小到原來的一半，那么在這樣的情況下，自然能的消耗量就減成為了原來的八分之一，進而使主通風機的節(jié)能目標得以實現(xiàn)[1]。此外由于大部分的煤礦都是由一臺風機控制著兩臺電機，所以根據(jù)這個特性，可以使一臺變頻機控制著兩臺電機的正常工作，另外，不管運用什么樣的方式控制變頻器的功率，總功率都不能夠比兩臺電機的功率和小。

控制了環(huán)境的污染：煤炭主通風機造成環(huán)境污染的情況可以分為以下兩個方面：CO 污染和部分粉塵污染，變頻器能夠?qū)νL機排出來的有害有毒的氣體進行有效的檢測，如果在檢測的過程中發(fā)現(xiàn)濃度超出了正常的標準范圍，就能夠采取管道分流的辦法，把排除來的氣體送到特制的管道之中去，然后在進行點燃處理，如果排出來的氣體沒有超過正常的標準范圍，那么風機所排出的氣體就會經(jīng)由除塵系統(tǒng)除塵之后排入到大氣之中去。

（二）選擇變頻器控制方式

一對一：這樣的控制方式就是一個變頻器與一個通風電機相對應。在煤礦之中適應的旋風機是將兩臺風機的首尾對接在一起，因此在這樣的情況下，一對旋風機就需要運用兩臺變頻器，這種控制方式的顯著特點就是比較簡便，并且具有很強的穩(wěn)定性，不容易出現(xiàn)故障，但是這種模式也具有一定的缺點和不足，最主要的就是由于400kW 及以下的變頻器的原材料上沒有太大的區(qū)別，造成了這種控制模式的造價非常的高昂，需要較大的經(jīng)濟基礎(chǔ)。

一拖二：顧名思義，這種控制模式就是一臺變頻器拖動兩臺旋風電機，進行分時控制。這種模式雖然造價通一對一的方式相比較，具有價格低廉的特點，并且使用效率也比一對一這種模式高[2]，但是這種模式在控制方面需要很強的精準性，進而使得進行安裝和調(diào)試的時間比較長，不利于工作效率的提升。

二、技術(shù)方案的確定

（一）設(shè)備的選擇

由于通風機系統(tǒng)運行的情況的井下對于通風的需要，并且還需要考慮到變頻通風這項技術(shù)在通風機系統(tǒng)上的優(yōu)勢發(fā)揮，所以基于這樣的情況和原因，最終決定在通風機系統(tǒng)上采用變頻技術(shù)，通過對周邊礦井變頻器的運用情況進行了解，最后確定了使用高壓大功率變頻器對通風機電機進行無極調(diào)速。再現(xiàn)如今的階段，高壓變頻器主要包括它控型和自控型變頻調(diào)速系統(tǒng)這兩種，它控性屬于速度開環(huán)控制，在實際中的應用相對來說比較少，自控型變頻調(diào)速系統(tǒng)的應用與它控性相比較，可以把電機失步和震蕩問題進行有效的解決，所以在平時的運用中相對來說比較的廣泛，結(jié)合國內(nèi)變頻器在通風機上的使用效果，同時結(jié)合變頻器選用應滿足純凈輸入特性、高功率因數(shù)和合理正弦波輸出等原則，決定選用JD-BP38-710F系列變頻器，可通過可編程控制器（PLC）實現(xiàn)變頻器的自動控制，同時，配備的監(jiān)控系統(tǒng)可以對配電情況、風門狀態(tài)、變頻器輸出頻率、供電保護裝置、風量、風壓和通風機運行狀態(tài)等方面進行實時監(jiān)控，可實現(xiàn)通風機的閉環(huán)自動控制，大大提高了管理人員實時掌握通風機運行狀態(tài)的精度和準度，進一步的幫助了相關(guān)的維修工作人員對通風機系統(tǒng)發(fā)生的故障進行維護和修理。此外，變頻器主要是由整流器、濾波器、控制器和相關(guān)電路構(gòu)成的，變頻器的工作機制就是通過使用半導體元件來把工頻電源轉(zhuǎn)換成為不同頻率的控制系統(tǒng)，根據(jù)通風機電機轉(zhuǎn)速與供電電源輸入頻率關(guān)系可知，改變電機頻率和電壓可以實現(xiàn)改變電機的轉(zhuǎn)速，利用變頻器調(diào)控系統(tǒng)即可實現(xiàn)電機頻率的改變，進而實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的改變，這樣可以通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速確保風壓符合礦井需求。節(jié)電器是基于電力、電子原理和集成芯片控制原理進行設(shè)計，將功率因數(shù)補償技術(shù)、微處理數(shù)字技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)、調(diào)壓技術(shù)等融合在一起的自動控制裝置。所選通風機可有效解決電機絕緣和散熱問題。

（二）解決的關(guān)鍵問題

通過使用變頻器來對通風機進行調(diào)速控制，最主要的步驟就是要確定合理的控制方式和技術(shù)，并且在此基礎(chǔ)之上，還要對電機在低頻運行之中出現(xiàn)的發(fā)熱問題進行有效的解決，通風機變頻器采用DTC控制技術(shù)，這樣可滿足變頻器在電網(wǎng)出現(xiàn)瞬間停電故障時變頻器能夠通過勵磁跟蹤實現(xiàn)對電機的實時控制，可有效預防以往因雷雨導致的通風機斷電事故；制定科學合理的控制技術(shù)來實現(xiàn)故障切換和反風控制，具體可從按要求配備雙回路供電系統(tǒng)、變頻器和電機采用“二拖二”互備方式，采用真空接觸式開關(guān)等方面進行確定[3]。為了解決電機低頻運行發(fā)熱問題，所用電機匝間絕緣等級確定為H級，溫升確定為B級，采用強迫風冷對電機進行冷卻，通風機滿載時變頻器發(fā)熱量應約為75kW，配電柜外殼防護等級為IP42。

三、節(jié)能效果分析

計劃使用JD-BP38-710F系列變頻器，通風機運行效率約為50%，根據(jù)礦井通風實際。采用變頻器調(diào)速后，通風機運行效率為原功率的 85%左右，即在通風容易和困難時分別為 819kW 和1260kW，按照當前礦井用電價格計算，可節(jié)約電費94.6-135.7萬元/a，可見采用變頻器對通風機系統(tǒng)的節(jié)能降耗效果顯著。變頻器4臺進價約為130萬元，可計算變頻器成本回收需要1年的時間，變頻器平均使用壽命為10a，由此可知在通風機系統(tǒng)中采用變頻器在經(jīng)濟上是可取的。

四、結(jié)語

通過把變頻器調(diào)速技術(shù)在礦井的通風系統(tǒng)中得以應用，能夠有效的改善通風機的運動特性，讓通風機的運行更加的平緩，進而使得對通風系統(tǒng)起到了良好的保護作用，還可以大幅度的減少能源的消耗，起到了良好的作用。

參考文獻：

[1]趙永剛，徐愛娟.變頻器在煤礦主通風機系統(tǒng)中的應用[J].煤礦機電，2010，（2）：89-90.

[2]王文.高壓變頻器在礦井通風機節(jié)能中的應用[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2004， （2）：47-49.

[3]李油生.基于高壓變頻器技術(shù)探析礦井通風機的節(jié)能[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2014， （11）：20-23.