变频技术在矿用通风机上的应用研究

颜明仁

（大同煤矿集团华盛万杰煤业有限公司， 山西 河津 043300）

引言

对于矿用通风机，可实现变频控制技术对于煤矿企业的生产活动、生产效益具有重要影响。通风机作为煤矿生产中的一种重要的设备，提高通风机的控制效率对煤矿的开采具有积极意义。由于井下生产条件的特殊性，在矿井中需要布置不同的通风机，但是很难做到对井下控制质量的实时控制。变频技术的应用使得对井下控制的实时调节得以实现，基于变频技术对通风机电机进行控制，从而实现对井下通风机风量的控制。

1 通风机变频技术应用现状

变频技术的基本含义是改变交流电极切换频率的技术，主要通过改变不同相之间的切换频率，从而实现对电机的控制，然后由电机带动其他设备运转。随着电子、电力技术以及各类控制理论的不断发展，催生了比较先进且广泛使用的控制技术。变频控制技术由最开始的晶体管控制器，发展为数字化处理控制，到综合化的变频控制技术，如图1所示，为通风机变频系统示意图[1]。

目前，矿用通风机都比较注重能效，在矿用通风机中广泛使用变频控制技术。根据相关文献资料总结得到目前矿用通风机变频技术的应用特点，下面分别从四个方面进行说明[2]：

1）少数通风机采用传统的定频控制技术，主流的设备还是采用变频控制技术，通风机的控制方法长期以来都采用的是定速控制，或者是人工调速控制，不能实现对井下通风系统的实时调控。

2）目前我国较多的企业因为经济投入大，无法及时更新落后设备，导致故障高发，同时设备维护成本也增加。

3）现有主流通风机效能偏低，若不能很好地根据其他辅助监控系统实时调节井下通风情况，则会造成能源的浪费。

4）通风系统管理与操作若过渡依赖人员操作，容易出现误判，或者是判断不及时，在井下无相关作业时，通风设备仍全速运转，从而造成了较大的浪费。

图1 通风机变频系统示意图

2 矿用通风机实际应用中存在的主要问题

1）煤矿的生产是具有一定的节奏的，不是一直处于高峰时段那样的生产量，但是风机在匹配时，都保留了一定的设计冗余。这就导致了在整个生产过程之中，若没有对通风机进行调节管理，会浪费较多的电量。

2）通风设备如果采用直接启动方式，此过程电流较大，容易导致次生故障的发生，使设备处于严重的绝缘危险之中，甚至会影响到通风机的使用寿命。

3）相关设备的自动化程度不高，许多通风机由于没有更新升级，需要人工手动进行操作调节，不能与其他辅助监控系统整合，实现实时监控与调节，由此造成大量不必要的电能浪费[3]。

3 应用变频技术的优势

根据相关的资料与工作经验，在通风机中使用变频调速技术具有诸多优势，下面分别对其做简要说明[4]：

1）降低电量消耗，这是通风机采用变频控制技术最为显著的优势，可以跟随井下生产作业的强度及时调节通风机的通风量，可有效避免能源浪费。实际上不光是不同生产时间具有明显差异，同时在不同的生产作业区域也有很大的差异，因此需要对通风机进行差异化的控制与管理。

2）提高了通风机的使用寿命，变频启动的一大特点就是电机速度可控，若采用的是非变频控制，在刚启动电机的瞬间，电路中会产生巨大的电流，该电流不仅对电路可能造成损害，同时对电机本身也有一定的损害。而变频控制的电机，在启动时，可以将其电流控制在额定电流范围之内，实际上对电机是一种保护。

3）减少了电机过热情况，可以理解为电机绕组中的电流变化较为均匀，没有电流突变的情况，那么通过电机绕组的磁通量就可以认为是恒定的，因此不会导致电机过热的情况出现，有利于电机的平稳运行。

4）可实现实时控制，基于变频控制技术的电机可以与井下辅助监控系统协同，当井下情况发生变化时，可以及时地对通风机的通风情况进行调整，这是变频控制技术在通风机上应用的一大特点。

4 变频调速系统的总体设计

4.1 变频控制技术原理

变频控制系统的结构相对比较简单，首先是人向计算机发出指令，或者是计算机根据判断自行作出相关的指令，信号经A/D转换，转换为数字信号，由计算机处理机进行模糊化处理，根据采集的信号来判断，作出反馈。反馈的数字信号经D/A转化，最终将信号转达到执行机构，从而完成了对结构的控制，变频控制技术的简图如图2所示[5]。

图2 频控制技术的简图

变频控制系统的搭建也相对比较简单，在此不再对控制系统结构的搭建做详细的说明，通过该变频调速控制系统，可实现对通风机的精准调控，及时掌握通风机的状态，对于延长通风机使用寿命，节约能源具有重要意义。

4.2 变频控制系统总体方案

该通风机变频控制系统，采用了双CPU结构，可实现双机切换控制或者是独立控制，有效地提高了变频控制系统的可靠性。两套控制系统采用相对独立的供电方式，保障在故障发生时的可靠性，同时该系统能够采集瓦斯浓度、环境温度以及巷道内空气流量等信息，为通风机的控制提供有效参考。

该变频控制系统的结构设计原理图，如图3所示。基于该系统可实现对井下通风情况的实时掌握，并可根据需要及时对井下空气进行调整，实现了对井下通风情况的远程实时调控。

图3 变频控制系统的简图

5 结语

在矿用通风机上应用变频控制技术对提高通风机的运行安全性和节约能源消耗，提升企业竞争力等方面具有重要作用。通风机是井下煤矿开采必不可少的装备，同时需要消耗大量的电能，因此对于提高通风设备的效能研究就显得尤为重要。变频技术是通过改变电源而达到控制、调节电机运行的目的，形成可以变化的频率，从而实现对电机的控制，具有节能、易于控制等特点。

在煤矿井下的生产中，通风量大，对于电能的消耗也大，而且主通风机一般需要连续工作，此过程需要消耗大量的电能，通风机运行效率并不高。为了切实有效提高通风质量以及通风机的效能，对通风机采用变频技术可实现对通风机的准确控制，对于煤矿的节能生产具有重要意义。变频调速技术应用于矿用通风机上，可提高相关设备的运行效率，实现对井下通风量的精准控制，具有重要的现实以及长远意义[6]。