摘 要：在煤矿巷道的通风系统中，矿井通风机的作用是给井下工作人员输送足够的新鲜空气，稀释排除有害、有毒、爆炸气体，调节井下空气的温度和湿度，改善工作环境，保护煤矿企业的安全生产。由于总用气量为权衡压风机最大容量的标准，且受自身生产特点的影响，煤矿企业现有风动设备开停不均衡，总体用电处于不断变化的状态，在一定程度上造成电能的浪费。研究变频调速技术在煤矿压风机中的应用，对煤矿企业的经济效益的提升具有重要价值。基于此，本文主要对煤矿风机变频调速技术的应用进行分析探讨。
关键词：煤矿风机 变频调速技术 应用
1、前言
目前，节能减排已成为我国企业发展的主要方向，煤矿企业不仅是产能大户，也是耗能大户。因此很多煤矿企业都在研究如何减少能源的消耗，节能减排。而应用变频调速技术正好符合煤矿企业发展的需要，因为应用变频调速技术改变风机的转速来达到调节风量目的，不仅能保障煤矿企业的安全生产，还能减少煤矿能源的消耗，提高煤矿企业的经济效益和社会效益来说都有着十分重要的意义。
2、变频技术在煤矿通风机中的应用优势
变频器是根据异步电动机的转速表达式可知，只要平滑地调节异步电动机的供电频率，就可以平滑调节异步电动机的同步转速，从而实现异步电动机的无级调速。变频器的基本作用就是将工频电源变为频率可调、电压可调的三相交流电源。变频器分为交-交和交-直-交两种形式。交-交变频器可将工频交流直接变换成频率、电压均可控制的交流电，又称直接变频器。
变频技术应用于煤矿通风机中用变频器代替开关柜，尽管在初期所需的费用较高，但是长期运行以后，可以节省大量的电费，为煤矿节约更大的资源。一般来说，一年的时间就能够基本收回设备投资的成本，而且变频调速应用于煤矿通风机还具有以下优点。
2.1 节能效果显著
目前，我国矿井用风机调整风量的方法基本上有两种，一是机械调整风量，另一种是电气调整风量。用机械调整风量是调整叶片角度和调整空气网络阻力的方法，调整叶片角度可以调整风量，但风机的效率较低，通过调整网络增加系统阻力可调整风量，但不节电。电气调整风量，即电气调速。调整电机的极对数，或调整电源频率即变频调速，另一种方法是串极调速，其中串极调速和变频调速是调整风量的最佳方法。因为风量与功率、转速是立方关系，调整风量转速可以获得最佳的效果，矿井通风机使用变频调速，节电效果可达30%以上，这在目前我国资源紧张的情况下，节电的效果尤为明显。
2.2 变频调速具有电机软启动功能
在现场观测电机启动时发现启动时电流从零开始，缓慢地增加到实际生产需要的负荷电流，并没有冲产生击电流，这样就可以延长电器设备的使用寿命。
2.3 提高功率因素
从变频器的监视窗口可以看出，电机的功率因素为0.984，采用变频器后，可代替电机的无功功率就地补偿装置，从而减少设备投资。
2.4 降低噪声
由于电机的转速小于其额定转速，风机的噪音大幅度降低，改善了工作环境，有利于操作人员的身心健康。
2.5 操作简单
风量调节可通过变频器控制面板的箭头，非常方便地实现。
3、变频调速技术实例应用分析
本文探讨的是变频调速技术在矿山风机系统中的应用。为了达到电机负荷变速运行从而自动调节风量的目的，应用PLC构成了风压闭环自动控制系统，这样既可节能，又满足了生产需要。以下将结合某矿务公司实例，重点就该公司矿山电气拖动设备在运行过程中遇到的输出功率不能随负荷变化而变化的情况（此情况浪费能源且普遍存在），对其变频调速与节能效果及特点进行分析。
3.1 技术系统应用概况
该矿务公司采用的变频调速运行机制为：通过传感器、测量装置检测所需信号，并将其转化为电流信号，再反馈给变频器，这样变频器就可将标准情况与被检测到的信号作对比，以适当对风机电机输入频率进行调整，从而改变风机转速。具体来说，变频调速节能的基本原理就是，在煤矿某个工作面无人工作的情况下，风机无需满负荷运行，而要使风机减速，就要降低风机输入功率，最终实现节能。
本文所举实例采用的是GS系列变频器，其微处理器为高性能DSP，功率输出器使用绝缘双极型晶体管（IGBT）。系统投入运行以来，实测功率因数可达0.9以上，输出电流、电压和频率稳定，运行状况良好，节能效果突出，整体性能稳定，可视显示、技术成熟，具有全面而完善的保护功能。此外，为了更好地适应特殊环境的要求，矿山风机变频调速采用自动控制方式。自动控制信号采用PID闭环反馈控制的方法，即由PID控制变频调速器，变频器控制电动机的输入频率以改变电机转速。这样可以更好地满足自动控制的要求，实现训节风机流量的目的。
3.2 经济效益分析
首先，根据风机在不同控制方式下的“流量一负载”关系曲线变化情况进行计算，以分析“流量一负载”关系曲线的节能效果。如本文实例巾应JE}j风机额定流量5l8m3/min，额定功率60kW，配备YBF200L1—2型电动机，风机仝年运行时300天，缚天连续24h运行，其中13h以50%负荷运行，11h以90%负荷运行，则每年的节电量为：
W=60×11X（100%-69%）X300～0×13×（95%-20%）×300=236880kW.h
假设每kW·h电按1元计算，则采用变频调速技术每年可节约费用高达20余万元，这表明将变频调速技术应用于变负荷设备，节能效果十分突出。再者，根据风机负载关系公式Pl/P2=（n1/n2）3进行节能分析，可知要改变电机转速可通过改变电机工作电源频率实现。这种调节方式虽操作简单，但消耗功率大，节能效果不佳，运行成本高。而本文实例中应用了变频调速技術，经研究发现变频调速后风机所需功率明显减少。
由上述2种节能效果分析可以得出的结论是：在改变风机能耗方面，变频调速技术应用效果突出。值得注意的是，本文实例中变频调速技术通过平滑的转速调节运行方式，既能使风机软停机、软启动，还能降低电机发生故障的概率和电机的发热程度，也能使特性曲线发生变化，获得最佳经济运行工况点，确保风机运行的稳定性及精确性。但在实际工作中，可能由于工业现场的负载、控制目标、运行工况等存在差异，计算和分析方式难免会有特殊性，所以建议在实际案例应用中应采取不同的原始数据进行计算、分析。此外，因改造时应用的是单台变频器控制单台电机，所以为避免导致变频器损坏，在实际应用中对2台对旋风机的电机转速参数设定不宜相差太大。
4、结语
由于传统模式的风机为煤矿企业带来了耗电量高等现实问题，因此，煤矿企业需积极引进变频调速技术，将之与传统风机设备相融合，并从功能实现、系统配置、设计结构三方面全方位提升风机的工作水平。
参考文献
[1]孟彬，王传松，孙晋永，等.西门子PLC与英格索兰压风机之间的Modbus通信[J].工矿自动化，2013，01：118-120.
[2]阮殿旭，秦艳.基于NI Compact RIO的煤矿压风机实时监控系统设计[J].煤矿安全，2013，04：140-142.