变频调速在煤矿矿井通风机上的应用探析

梁勇 徐帅

摘 要：煤矿矿井通风技术是保证矿井安全、平稳运作的重要组成部分。本文简要介绍了矿井通风的运行特点以及通风量调节的方法，主要叙述了变频调速的发展、应用于煤矿矿井通风机上所体现的节能技术以及所带来的经济效益。

关键词：通风机；变频调速；应用探析

在煤矿生产运行中，通风机的主要作用是对井下输送新鲜空气提高井下作业含氧气的浓度，并且在一定程度上排出有害气体。可以说，矿井通风机的运行情况如何直接关系到煤矿上的生产作业安全。通常情况下技术人员根据生产时所需要的风速、风量、压力、温度等指标通过调节挡板开度大小、风门等的控制手段来适应工艺运行需求。实际上，这样的调节方式不仅造成大量能源浪费及设备上的损耗同时也使得系统控制精确度上受到一定的限制[1]。

1.矿井通风机的运行特点及通风量调节方法

通常，在矿井的设计阶段就会选定此矿井的通风机以及传动电机。矿井通风量的设置上通常是由井下人员量、矿井中瓦斯的涌出量以及通风巷道德阻力等等因素所决定的。在通风机满速度运行的时候其特性的曲线与矿井通风时的网络阻力特性的曲线的交点，是通风机确定自然陨石时的工况点。但是，实际上这并不是煤矿矿井通风机运行要求的工况点，造成这种状况的原因主要分为以下几点：一是，煤矿矿井中实际上的瓦斯涌出量通常要小于所预测的煤矿矿井瓦斯涌出量；二是，实际阻力特性曲线与预计上的煤矿矿井通风网络阻力特性曲线不相同；三是，特性曲线会随着采掘工作的进行、推移而发生变化；四是，煤矿矿井的通风需求量会随着工人生产率、采煤方法以及产量的增减变化而可能会发生变化。五是，在节假日或是休息日亦或是在检修期间，井下瓦斯涌出的量和工作工人的数量都会减少，从而实际上井下需要的通风量也会减少。实际上，煤矿矿井通风机的使用年限在十几年，有的甚至是几十年的时间。那么在设计使用的过程中，也是为了安全起见，电动机以及通风机的规格都一定程度上留有余量，用以适用风量、通风网络阻力的变化及要求[2]。也正因为此通风机的经济及正常运行都要求对风量进行调节。

那么，对于通风机的风量调节，实际分为两个方面来进行。一是对外部管网的特性进行改变；二是改变通风机本身特性曲线。将其分为风机恒速、变速时的风量调节。

2.我国煤矿矿井通风机的现状及变频器的发展

煤矿矿井的通风设备的选择是保障井下安全作业的重要组成部分，其安全性、可靠性的要求是要放于首要位置的。在过去的矿井通风设备技术选用中，直流调速拖动系统存在着操作比较复杂且成本价格也较昂贵，而交流调速拖动系统又存在一定缺陷与局限性。那么，综合技术与经济的双重考虑，在我国，煤矿矿井通风机大多数采用交流电动机的不调速拖动，采用调节风门与风量调整的工作方式。而随着变频调速技术的逐渐成熟，具有着可靠性高、节能高效、调节操作灵活的新的交流变频调速通风机电控系统将会成为这一领域的发展方向。

自20世纪80年代通用变频器问世以来，共更新了五代产品，由最初的模拟式、数字式逐渐成熟到智能式、多功能型，最后到现代的集中型[3]。在更新换代的过程中，通用变频器的应用领域不断扩大，遍及多个工业生产行业，甚至应用于家庭生活中。

3.通风机变频调速的优点

国内外，对于轴流通风机经济运行方面的调节方式，主要是通过改变通风机的叶轮叶片安装角度、转速、级数以及叶片片数来进行调节的。将通过改变通风机转速的调节方式又再次分为直流更换电动机、自动化变频调速等。那么，相比于其他的风机调速方式，自动化变频调速的优点主要体现在以下几个方面：一是，自动化变频调速能够实现平滑無极调速，频率（转速）分辨率高并且调速的精度高；二是，变频调速本身的特点就是在频率发生变化之后，电机仍然可以处在这一频率的同步转速的附近运行，这在基本程度上保持了额定的转差率，使之不会增加转差的损失。三是，功率因数高，在运行的过程中可以降低输电线路与变压器的容量，节省投资。四是，在变频装置出现故障的时候可以退出运行，而改为由电网进行直接供电，这样对于风机的安全性、经济性运行是很有利处的。五是，可以通过变频器将电动机由零速启动时连续的平滑加速直到电动机全速运行，即变频装置也可同时作为软启动的设备[4]。

4.变频调速的应用

通风机所具备的电动机通常是交流异步电机，虽因其尺寸较小而且成本较低廉等诸多优点而被应用，但实际上也存在着调速复杂这一不可忽视的缺点。应用交流变频调速，通过提供给电动机可变频的电源来实现对电动机转速上的控制。然而，在目前的理论研究中以表明若仅是依靠通过改变电源的频率来对电动机的转速实现控制是存在弊端的，这样易造成电动机在运行时性能及稳定性下降。因此，在利用交流变频技术的时候通常会于恒功率等技术结合来实现变频调速。在煤矿矿井选用风机时，通常是按照矿井的最大需风量来进行选择的，这种情况其实比较容易形成通风机实际是长期处在低负荷的运行状态下的，若不采用相应解决措施，一定会造成电能的大量浪费[5]。通过变频调速的应用，可实现根据实时的需风量进行相应的调节，降低电动机启动时的电流从而确保电能的节约，在保护供电网络的同时使通风机能够较大程度上保证有效的运行、也延长了其使用的寿命。

结束语

经过以上的分析叙述，可了解到通过变频调速，可以实现风量控制的同时达到通风机电动机的无极调速，对提高其使用寿命及性能有着重要积极的意义的同时更加符合着我国节约能源的基本国策，可见将变频调速应用于煤矿矿井通风机上的技术也是应在设计中优先考虑的。

参考文献

[1]李文涛.矿井主通风机变频调速监控系统研究与开发[D].青岛科技大学，2013.

[2]孙晓章.浅析煤炭机电领域变频调速技术的应用[J].煤炭技术，2013，32（02）：32-34.

[3]聂丹凤.煤矿通风机控制系统改造与设计[D].成都理工大学，2009.

[4]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（07）：18-20.

（作者单位：山东能源集团、枣庄矿业集团、田陈煤矿通风工区）