高压变频器在煤矿通风机变频调速中的应用

赵二进

(山西兰花科技创业股份有限公司大阳煤矿分公司,山西晋城 048003)

高压变频器在煤矿通风机变频调速中的应用

赵二进

(山西兰花科技创业股份有限公司大阳煤矿分公司,山西晋城 048003)

文章简要分析了变频调速技术的原理及变频调速技术的优点,最后结合工程实际详细介绍了高压变频器在煤矿通风机变频调速中的应用情况。

煤矿 变频控制 应用

煤矿企业在我国经济发展中占有重要的地位，随着近年来科学技术的不断进步，一些新的技术和先进设备也不断应用到煤矿企业的生产中，尤其是随着煤矿企业产量的不断增加，井下机电设备正在向着大功率、高耗能的方向发展。由于现在我国煤矿企业的开采技术相比国际先进水平相对落后，煤矿企业的用电量不断增加，高耗能和低的生产效率之间的矛盾日益突显，造成目前煤炭行业经济不景气的局面。变频调速技术在煤矿企业生产中的应用，在节约能源、提高生产效率方面起到了很重要的作用，为进一步降低煤矿企业的生产成本、减少能源消耗起到了不可忽视的作用。

1 变频调速技术的原理

变频调速技术是机电一体化、强弱电混合的综合性应用技术，其任务是：用电力电子器件及其控制电路，完成大功率电能的形态变换，包括频率、波形、电压等变换；用形态变换后的电能驱动电动机，并通过机械装置将电能转换成工作系统所需要的机械运动，实现工作系统的运动控制和节能控制；而要完成上述任务，必须采用传感器、电子电路、计算机等组成自动控制电路，实现电机拖动系统运行信息的采集、处理、传输和运行状态的实时控制，这就是变频调速控制。

变频调速控制技术是自动控制技术和变频调速技术在电机拖动系统中的整合集成，用以处理电机拖动系统的运动控制、节能控制和运行管理等问题，是用电子信息技术改造传统耗能设备，实现电机拖动系统自动化和节能运行的主流方法。

可以通过调节电机的磁极对数来控制电机的速度，但是电机的磁极对数是固定不变的，为了达到自由控制电机速度的目的，只能在电机的外部调节磁极对数之后再进行供电。如果只改变供电频率的话，这样很容易造成电机烧坏，为了不损坏电机还需要改变供电电压。变频调速技术就是能在改变电机供电频率的同时也改变供电电压，用这种方式调节电机的转速，有效的防止电机烧坏事故的发生。

2 变频调速技术的优点

(1)调速效率高。变频调速的特点是在频率变化后，电动机仍在该频率的同步转速附近运行，基本上保持额定转差率，转差损失不增加。变频调速时的损失，只是在变频装置中产生的变流损失，以及由于高次谐波的影响，使电动机的损耗有所增加，相应效率有所下降，所以变频调速是一种高效调速方式。

(2)调速范围宽。一般调速范围可达10：1(50～5Hz)或20：1(50～2.5Hz)，并在整个调速范围内均具有较高的调速装置效率。所以变频调速方式适用于调速范围宽且经常处于低转速状态下运行的负载。

(3)必要时，变频装置可以退出运行，改由电网直接供电。这对于泵或风机的安全经济运行是很有利的。如万一变频装置发生故障，就退出运行，不影响泵与风机的继续运行。又如在接近额定频率

(50Hz)范围工作时，由变频装置调速的经济性并不高，变频装置可退出运行，由电网直接供电，改用节流等常规的调节方式。

(4)变频装置可以兼作软起动设备，通过变频器可将电动机从零速起动连续平滑加速直致全速运行。变频软起动是目前最好的软起动方式，变频器是目前最好的软起动设备。

3 高压变频器在煤矿通风机变频调速中的应用

山西某煤矿是一个新建矿，年生产能力已达100万t。矿井通风方式为抽出式，两台轴流通风机互为备用，风机起动方式为串电抗器减压起动。主扇风机为沈阳风机厂生产的2K58系列矿井轴流通风机，型号为2K58-NO28，转速为590r/min。配备电动机型号为JS-157-10，额定电压为6000V，额定电流为33A，额定功率为260kW，转速590r/min。矿井通风设备是根据生产发展规划配备的，由于建矿时间短，实际生产能力没有达到中远期设计水平，因此通风设备存在较大裕量。山西省煤矿节能监测中心对通风机的性能进行了技术测定，其运行工况点为：风量104m3/s，全压为1996Pa，风机效率仅为27.5%，风机轴功率为90kW。针对矿井实际的风量需求，采用调节叶片角度和调节垂直风门开启度实现风量调整。经计算，两台通风机运行偏离最佳工况，每年多消耗电能45.32万kW·h，电能浪费十分严重。

改造方案：选用一台260kW/6000V的高压变频器进行调速运行，首先恢复风机扇叶数量，将扇叶调整到最佳工作角度(30°)，使风机工作在最佳状态；利用变频器的调速功能，根据生产对风量和风压的要求，自动调节风机吸风量，使风机获得最大的节能效果；同时变频器具有软起动功能，可根据实际情况，设定相应的起动时间，以减少直接起动所产生的大冲击电流，取消了直接起动时所串接的限流电抗器。

通过对数据进行分析与总结表明：流通风机变频改造后，在满足正常生产对风量(现在为46.33～53.67m3/s)和风压(1700Pa)需求的前提下，电动机实际转速比额定转速590r/min下降了17%。电动机实际功率为电动机额定功率的56%，节电率约为44%。

变频改造后，由于高压变频器功率因数高，不需无功功率补偿，因而去掉了原有的并联在电动机输人侧的电容器。变频改造后，实现了生产对通风机的自动控制，提高了设备自动化控制程度和设备的可靠性，设备磨损减轻，维护费用降低，延长了维护周期，工作强度减少，设备的噪声降低，改善了工作环境。

4 结语

随着科学技术的不断发展，变频技术在煤炭行业内使用范围越来越广泛，很大程度上为矿井节约了电能，从变频技术在煤矿企业应用的现状来看，变频器会应用到更多的煤矿机械设备中，因此研究高压变频器在煤矿中的应用具有十分必要的意义。

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