基于高压变频器技术探析矿井通风机的节能改造

李油生

摘 要：随着高压变频技术以及相关的电子技术的快速发展，高压变频技术在矿井通风机节能改造中应用逐渐走向成熟，并且在改造后取得了显著的成果和经济效益。文章通过具体的矿井实例，分析了该矿井通风机在改造前存在的问题，探析了通过高压变频器技术对矿井通风机的节能改造，旨在为类似的矿井通风机节能改造提供一定的参考。

关键词：高压变频器技术；矿井；通风机；节能改造

中图分类号：TM921.5 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）11-0020-01

随着《节能中长期专项规划》的实施，高压电动机大功率变频技术逐渐的被应用在众多领域中，例如高压变频器技术在矿井通风节能改造中的应用。文章以坑柄煤矿为例，该矿井年产量13万 t，随着开采年限的延长以及矿井采区的不断延伸，矿井面临的生产条件逐渐恶化，矿井的通风机已经不能满足实际的需求，导致矿井的通风状况相对较差，严重的威胁着矿井的正常工作，并且给矿井的施工人员的生命安全埋下了严重的隐患。本文重点介绍通过采用高压变频器技术对矿井通风机进行节能改造，显著的改善了矿井的通风状况，并且节约了大量的能源，取得了良好的经济效益，一举多得。

1 节能改造前存在的问题

坑柄煤矿的通风机承担矿井的通风任务，通过其安全、长期、可靠、连续的运行，以此保证矿井能够正常运行的大型生产设备，在进行节能改造之前，该矿井的通风机存在的问题主要表现为：①挡板采用人工调节的方式，需要进行停机操作，操作费时费力，时效性差，并且还伴随一定的危险性；②通风机的电机长期以额定的转速进行工作，其不能自动调控电机转动的速度，导致轴承等主要受力部分磨损相对严重；③直接启动时，其机械冲击较大，造成严重的电网波动，直接影响系统的使用质量以及寿命；④采用风门调节，浪费大量电能的同时，还给电路造成很大的压力，严重的影响系统的使用寿命；⑤实时性差、线性度低、调整精度低等。

2 基于高压变频器技术对矿井通风机的节能改造

高压变频器技术是一种新型的电力电子变换技术，其优点主要表现为：提供更加纯净的输入电源的特性，提高功率因数，输出几乎完美的正弦波，其能够较为全面的保护电机，并且容易启动，还具有很好的节能效果，致使其被广泛的应用在工业生产的各个行业中。矿井的通风机采用高压变频器技术进行改造后，不但能够平缓启动，实现速度调节，降低冲击，还能提高通风机的功率因数，提高效率，起到节能的效果。高压变频器技术对矿井通风机的节能改造主要表现为：

2.1 系统的控制模式

高压变频器能够用矢量控制方式进行点击的感应控制和同步控制，矢量控制是一种易于实现的控制方式，控制性能和直流电几乎相同，矢量控制主要由以下几个模块组成：①前馈补偿环节，其主要数用于改善磁通环以及转矩的瞬态响应；②速度与磁通调节器，其主要用在矢量控制的外环；③电流调节器，其主要用在矢量控制的内环；④马达模型，其主要用于检测电机的速度以及磁通。

2.2 系统组成

根据该矿井的实际需求，矿井通风机励磁回路采用数字调速器6RA70，定子回路采用高压变频器（采用湖北三环发展股份有限公司生产的空冷型SH-HVF系列Ⅲ型高压变频器），励磁调速器6RA70由高压变频器的磁通进行调节和控制。

2.3 系统改造

系统调节主要表现为以下几个方面：①启动过程的改造，通过采用高压变频器技术对矿井通风机进行改造后，该系统采用变频启动方式，其实质上是用同步转矩改变了定子旋转磁场的转速，其工作的原理表示为：在启动时，转子和励磁，系统将定子电源的频率调至较低的水平，然后缓慢的增加到相应的额定频率，这样转子的速度将会随着旋转磁场速度的加快而增加，直到达到额定转速为止。这种启动方式和传统的方式存在一定的差异，启动过程相对平缓，操作相对简单、方便，并且在启动的过程中不会出现异步的问题，有效的避免了系统出现脉动的危险；②系统的调速改造，通过采用高压变频器技术对矿井通风机进行改造后，该系统采用同步电机控制模式（SMC），控制系统通过利用转子在定子绕组上感应的电压来控制电机的转速，然后输出转矩传递至电机，调节电机的速度。在调节转速的整个过程中，由于定子与励磁相互协调，实现了彼此间的同步作用，保证该系统不至于出现运行中不协调的状况，有效的解决了同步机不同步工作的问题；③系统的灭磁改造，通过采用高压变频器技术对矿井通风机进行改造后，该系统实现了变频启动，采用6RA70直流调速器对励磁装置进行了改造，将主回路变成三相全控桥，并且由高压变频器控制励磁，因此，当通风机在停止工作时，高压变频器不断降低对对励磁的控制，实现逆变灭磁，通过改造后，该系统仅仅只是在励磁绕组的两端并联了一个灭磁电阻以及反向二极管，其电路结构相对简单，并且该灭磁过程相对简单，动作可靠，在很大程度上简化了灭磁装置；④互锁改造，在进行通风机的人工操作时，由于操作人员的错误操作，很可能导致工频电压从变频器输出时反串，很容易造成安全事故，影响通风机的正常使用，通过采用高压变频器技术对通风机进行改造后，对操作开关柜设置了相应的互锁装置后，实现了对程序的互锁，当合上相应的变频器开关后，与之相对应的开关为闭锁分断位置，其工频正好相反，避免对通风机造成损害。

2.4 通风机技能改造效果

通过采用高压变频器技术对通风机进行改造后，通风机的功率从原来的75 kW降低为55 kW，比原来降低了20 kW，通风机的频率也从原来的45 Hz降低至现在的40 Hz，及时按照当地的最低的平均电价0.63 元/kW·h计算，每年为矿井节约11万元左右的电费，经过实践证明，采用高压变频器技术对矿井通风机进行节能改造具有很大的现实意义。

3 结 语

总而言之，通过采用高压变频技术对矿井通风机进行节能改造，显著的改善了通风机的工艺，保证通风机具有启动平缓、速度可调、操作方便简单等方面的优势，并且对风机和电气起到了很好的保护作用，在保证生产安全的基础上，提高了生产效率，并且显著的降低了通风机的耗电量，通过实践应用，取得了良好的运行效果和经济效益。因此，利用高压变频器技术对矿井通风机的节能改造，值得广泛的推广和应用。

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