变频技术在矿井通风机上的节能分析

马 扬

（淮北市鑫龙矿业有限责任公司窦庄煤矿，安徽淮北 235000）

变频技术在矿井通风机上的节能分析

马 扬

（淮北市鑫龙矿业有限责任公司窦庄煤矿，安徽淮北 235000）

变频技术在矿井通风上的运用提高了矿井通风自动化水平，在保证矿井通风质量的同时，实现节能降耗。淮北鑫龙矿业窦庄煤矿技改通风机采用变频技术实现了通风机的软启动和设备使用寿命的增加，达到了节能降耗和提高经济效益的目的。

变频技术；节能降耗；矿井通风；通风机

在煤矿生产过程中，矿井通风机担负着井下通风重任，是关系到人在井下安全生产的主要设备之一，因此需要长期连续安全地运行。矿井通风机通常采用异步电机或同步电机拖动以实现匀速运转。矿井通风机在设计选型时，通常以最大开采量时所需风量风压为依据，为保证后期供风的安全会留有很大的余量。这样导致矿井开采前期，通风机运行在低负载状态，影响其工作效率。此外，传统的风量调节方式是依靠改变蝶阀和挡板开度来实现，限制了风量调节精度，造成设备损耗和能源浪费，致使设备使用寿命缩短，生产成本增加，经济效益降低。

变频器驱动代替传统的蝶阀、挡板控制，能够很好满足节能要求。因此把变频技术应用于矿井通风机上，对实现经济运行、节约电能和降低生产成本有着十分重要的意义。

一、变频技术优势

通用变频器是随着上世纪80年代“电力电子器件的自关断化、模块化，变流电路开关模式的高频化和控制手段的全数字化”［1］55不断发展起来的，自问世以来的20多年里，更新速度很快，变频电源装置不断呈现出小型化、多功能化、高性能化和控制手段的全数字化。其发展历程经历了五代：“第一代是20世纪80年代初的模拟式通用变频器；第二代是80年代中期的数字式通用变频器；第三代是90年代初的智能型通用变频器；第四代是90年代中期的多功能通用变频器；第五代是现在的集中型通用变频器。”［2］19。其产品未来正朝着通过简单控制就能运行的小型化和操作方便、无需调整便能得到最佳运行的多功能和高性能型和大容量，高电压，高起动转矩及具有环保功能方向发展。通用变频器得到快速发展，并广泛应用于工业生产的各个领域，这与其变频调速的优点是密不可分的。变频优点可归纳为：（1）启动电流小，且启动平滑无冲击，延长设备使用寿命；（2）调速范围广，实现了风量的自动控制。（3）能够同时改变频率和变频器输出电压，尽量避免电机出现过热情况，从而达到降低故障率的目的。（4）调节精度比较高，因此节能效果很好，而且其运行中安全性能也非常高。煤矿矿井通风机大都采用此类变频技术就在于其上述优势。

二、变频调速原理

轴功率（功率输出）与转速的立方成正比（p∝n3），风压与转速的平方成正（T∝n2），风机的风量与转速成正比（Q∝n），异步电机转速公式为：n＝60f（1－s）／p，其中n为转子的转速；f为输入电流频率；p为旋转磁场的极对数；s为转差与定子磁场转速之比，即转差率。因此，可以说交流变频调速是最简单、最有效的交流异步电动机调速方法，它通过改变异步电机的输入电流频率，实现转子转速的调节，从而可达到调节功率及风量的目的。

三、变频技术在煤矿通风机应用分析

淮北鑫龙矿业窦庄煤矿风机技改前使用工频直接启动，启动电流大，产生的机械冲击对设备损伤严重，同时调节风量方式依赖于传统的风门，控制精度很低，很难避免设备损耗和能源浪费，从而导致设备使用寿命缩短，生产成本增加。为实现节能降耗，综合变频器优点该矿于2011年开始对通风机采用变频器。

《煤矿安全规程》（2011年版）第一百二十一条规定“必须保证主要通风机连续运转，必须安装两套同等能力的主要通风机装置，其中一套作备用，备用通风机必须在十分钟内开动”［3］12。所以我们选择型号为：FBCDZ／NO.16的主要通风机两套，两套风机每套分别配置2＊75KW电机，为了满足一切规程规范的有关规定，我们共有7台控制柜，其中变频器柜4台，低压配电柜2台，低压联络柜1台。变频器采用SY3200－075T4 75KW V1，我们采用了低压配电柜2台和变频柜4台，分别控制每台风机的二台电机，启动时互不影响，为基于井下通风的连续性要求，采用了双回路双电源当一台风机运行的变频器出现运行故障时，另一台直接启动运行，确保矿井通风安全。为了保证风机操作简单，运行稳定，为每台风机都配备了电压表和电流表，这样就可以及时的动态监测通风机在实时运行中出现的各种参数；再加上其上面还配备着电机轴承温度测显装置，这套装置能够帮助连续检测温度的实时变化，以便能够在温度超出预警时及时地发出超温信号。每台风机还同时拥有正反转、停车功能，低压控制柜面板上有蝶阀控制（开、关）和电源指示灯，操作简单方便、直观明了。操作人员直接设定具体的机器启动时间，这样的话，在紧急状况下就能够在5分钟之内完成全部的操作。变频控制系统设备具体参数和变频控制线路都经过下面的表、图展示，经安装、调试、试运行后开始正式启用。

表1 变频控制系统具体参数

图1 变频控制线路

使用变频器后，风机由2＊75KW异步电机拖动，运行一段时间后，经过整体情况和工频运行比较后，将运行频率设定在30Hz单机运行就能满足供风量，使用变频器后在满足矿井通风质量前提下，根据公式（其中P变频为变频时消耗功率，Pe为电源额定频率，f1＝30，fe＝50）代入数据估算单机节电率为78.4%，从而看出通过变频器的使用，可以实现节能降耗，降低了吨煤成本，提高企业经济效益。

通过对矿井通风机消耗功率分析可知，通过改变变频器的频率，准确调节矿井通风机的风量，进而达到节约电能的目的。因此，可以说矿井通风机节能要根据实际操作并兼顾经济性、可靠性，经过综合分析，变频器运用能够实现矿井通风机投资少、效益高、见效快的效果。

［1］韩安荣.通用变频器及其应用［M］.北京：机械工业出版社，2000.

［2］商坤，王建军.变频调速在煤矿矿井通风机上的应用［J］.煤矿安全，2006（7）.

［3］国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程［M］.北京：煤炭工业出版社，2011.

TD928.5TU834.2

A

1671-8275（2012）03-0097-02

2012-04-06

马扬（1987-），男，安徽淮北人，淮北市鑫龙矿业有限责任公司窦庄煤矿机电科技术员。

訾兴建