崔佳楠

（大同煤礦集團(tuán)地煤公司北杏莊煤業(yè)有限公司， 山西　大同　037000）

引言

節(jié)能減耗是當(dāng)前能源集中型產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展的趨勢(shì)，也是我國(guó)能源領(lǐng)域的戰(zhàn)略需求。煤礦產(chǎn)業(yè)屬于產(chǎn)能行業(yè)中較高的能源消耗產(chǎn)業(yè)，尤其是在煤礦生產(chǎn)中通風(fēng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備處于不間斷運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)能源的消耗量巨大，而變頻器在煤礦通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用可以通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)變頻器的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)達(dá)到節(jié)能、調(diào)速等效果，是當(dāng)前煤礦通風(fēng)機(jī)普遍運(yùn)用的節(jié)能、穩(wěn)定裝置，可以實(shí)現(xiàn)煤礦通風(fēng)機(jī)的節(jié)能降耗、降低故障率等作用。

1　變頻器對(duì)煤礦通風(fēng)機(jī)的作用

1.1　穩(wěn)定通風(fēng)機(jī)電壓頻率

變頻器是通過(guò)將電機(jī)電流頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使通風(fēng)機(jī)電流處于一個(gè)穩(wěn)定的安全區(qū)間之內(nèi)，通過(guò)穩(wěn)定電源電壓使通風(fēng)機(jī)避免井下電壓的波動(dòng)而產(chǎn)生停轉(zhuǎn)、燒毀等故障，對(duì)通風(fēng)機(jī)電壓和頻率的穩(wěn)定與調(diào)節(jié)，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)的控制而且還可以實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率與消耗電能相匹配，不僅節(jié)省了能源耗費(fèi)，而且大大提高了井下生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

在通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，在傳統(tǒng)的啟動(dòng)模式下，通風(fēng)機(jī)外接的電壓為通風(fēng)機(jī)額定電壓，而啟動(dòng)時(shí)由于瞬間電流過(guò)大，對(duì)通風(fēng)機(jī)的電機(jī)產(chǎn)生極大地傷害。而采用變頻器進(jìn)行控制和啟動(dòng)通風(fēng)機(jī)時(shí)，變頻器可以降低啟動(dòng)時(shí)的瞬間電流，提高電機(jī)的電流承受力，因此對(duì)于電機(jī)壽命的延長(zhǎng)、故障的規(guī)避也有著一定的積極作用[1]。

1.2　擴(kuò)大通風(fēng)機(jī)調(diào)速區(qū)間

煤礦井下通風(fēng)機(jī)傳統(tǒng)的調(diào)速模式是通過(guò)對(duì)通風(fēng)機(jī)的風(fēng)速調(diào)節(jié)閥門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)風(fēng)速的調(diào)節(jié)，但是這種利用縮小通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)風(fēng)速調(diào)節(jié)的模式對(duì)通風(fēng)機(jī)電機(jī)有著極大地?fù)p害，在額定電壓通風(fēng)機(jī)電機(jī)工作狀態(tài)下，如果單憑縮小通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的方法容易使通風(fēng)機(jī)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中極度發(fā)熱，甚至引起電機(jī)的燒毀。

而采用變頻器對(duì)通風(fēng)機(jī)風(fēng)速的調(diào)節(jié)則可以通過(guò)對(duì)通風(fēng)機(jī)電壓頻率的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的調(diào)節(jié)，利用變頻器的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)風(fēng)速的調(diào)節(jié)，而且由于通風(fēng)機(jī)在一定的電壓區(qū)間內(nèi)都可以運(yùn)轉(zhuǎn)，因此這樣的裝置也可以加大通風(fēng)機(jī)的調(diào)速區(qū)間，而不僅僅是傳統(tǒng)意義上通風(fēng)機(jī)的三到五個(gè)擋位的風(fēng)速調(diào)節(jié)區(qū)間。

1.3　輔助通風(fēng)機(jī)節(jié)能降耗

通風(fēng)機(jī)電機(jī)在未設(shè)置變頻器的情況下，啟動(dòng)瞬間電流的增大對(duì)通風(fēng)機(jī)電機(jī)產(chǎn)生巨大的影響，甚至發(fā)生電機(jī)燒毀的嚴(yán)重故障，對(duì)電機(jī)壽命帶來(lái)不利影響，同時(shí)，瞬間電流的增大也對(duì)煤礦井下局域電網(wǎng)產(chǎn)生較大的沖擊力，甚至造成電路短路、燒毀等嚴(yán)重現(xiàn)象。

變頻器的安裝與使用可以有效調(diào)節(jié)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的瞬間電流，啟動(dòng)時(shí)的電流也不會(huì)超過(guò)通風(fēng)機(jī)電機(jī)的額定電流，有效保護(hù)了通風(fēng)機(jī)電機(jī)的運(yùn)行安全，延長(zhǎng)通風(fēng)機(jī)使用壽命，同時(shí)，變頻器對(duì)通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)電流的控制和調(diào)節(jié)也可以緩解局部電網(wǎng)壓力，避免線路故障的發(fā)生。另外，由于許多煤礦在建設(shè)初期所設(shè)置的電容量較高，對(duì)通風(fēng)機(jī)電容量的設(shè)置一般也高出通風(fēng)機(jī)額定功率，這種配置不僅產(chǎn)生了較多的無(wú)用功，同時(shí)也增加了線路的損耗和設(shè)備的發(fā)熱，造成電能的大量損耗，加劇煤礦電能耗費(fèi)，而使用變頻器則可以適時(shí)調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)電壓頻率，保持通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行與電壓相匹配，大大節(jié)省了電力資源的運(yùn)用[2]。

2　變頻器在煤礦通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

煤礦通風(fēng)機(jī)變頻器主要是通過(guò)對(duì)通風(fēng)機(jī)電壓和頻率的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)節(jié)能降耗的作用，因此在通風(fēng)機(jī)變頻器的配備和系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制方式等方面需要有著一定的目標(biāo)導(dǎo)向性。即煤礦通風(fēng)機(jī)變頻器的使用需要遵循煤礦安全生產(chǎn)、穩(wěn)定運(yùn)行為首要目標(biāo)，而且還要實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定、通風(fēng)機(jī)耗能的節(jié)約等目標(biāo)。

2.1　變頻器設(shè)備選擇

變頻器設(shè)備選擇時(shí)應(yīng)實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)巷道通風(fēng)排氣的需求，同時(shí)在變頻器的使用過(guò)程中應(yīng)以盡可能地以節(jié)能降耗為主要目的，在控制通風(fēng)機(jī)用電量的基礎(chǔ)上保障通風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行；其次在對(duì)變頻器的選擇方面，還需要選擇使用壽命長(zhǎng)、操作簡(jiǎn)單、內(nèi)部系統(tǒng)容量較大的變頻設(shè)備，以便降低通風(fēng)機(jī)以及變頻器的維護(hù)頻率、減少維護(hù)費(fèi)用，而且還可以適應(yīng)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的改造與升級(jí)。

2.2　變頻器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在通風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面，變頻器通常采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)，包括高壓配電系統(tǒng)、變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等單元組成，如圖1所示。

圖1　變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

其中高壓配電系統(tǒng)是將煤礦電網(wǎng)中的高壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為適合通風(fēng)機(jī)使用的電壓，而變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)則是通過(guò)對(duì)通風(fēng)機(jī)的控制及保護(hù)，通過(guò)不同方式完成通風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)、停止，急停等不同操作需求。通過(guò)變頻器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)通風(fēng)機(jī)的控制，可以有效降低通風(fēng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中瞬時(shí)電流增大的影響，同時(shí)對(duì)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中起到一定的保護(hù)作用。

2.3　變頻器控制

煤礦通風(fēng)機(jī)變頻器的控制主要是通過(guò)控制系統(tǒng)單元中的控制器進(jìn)行的。為了保障通風(fēng)機(jī)電機(jī)能夠在最優(yōu)狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，變頻器的控制系統(tǒng)需要對(duì)通風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)算和控制，對(duì)內(nèi)部的邏輯信號(hào)進(jìn)行處理，并通過(guò)數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)整個(gè)變頻系統(tǒng)的操作，使通風(fēng)機(jī)能夠在安全、高效而又節(jié)約資源的模式下運(yùn)行[3]。

變頻器在煤礦通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用主要是通過(guò)控制和轉(zhuǎn)換通風(fēng)機(jī)電機(jī)接入的電壓和頻率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)速等方面的控制，同時(shí)有效降低通風(fēng)機(jī)的電能消耗。當(dāng)然，變頻器在實(shí)際的應(yīng)用中也存在一定的缺陷，如通風(fēng)機(jī)電機(jī)中機(jī)械元件壽命縮短、變頻器維修復(fù)雜且維護(hù)費(fèi)用較高、變頻器的節(jié)能作用有限、電機(jī)的電磁噪聲增大等等還需要繼續(xù)研究?jī)?yōu)化。

3　結(jié)語(yǔ)

變頻器在煤礦通風(fēng)機(jī)設(shè)備中的使用不僅可以提高通風(fēng)機(jī)的整體性能，而且可以通過(guò)調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)的電流頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)風(fēng)速、運(yùn)轉(zhuǎn)功率與耗費(fèi)電能相匹配，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)節(jié)能降耗，促進(jìn)煤礦企業(yè)效益的提高，另外，變頻器的應(yīng)用還可以有效保障通風(fēng)機(jī)電機(jī)的安全運(yùn)行，降低通風(fēng)機(jī)電機(jī)故障的發(fā)生頻率。

[1]韓靜.變頻器在煤礦通風(fēng)機(jī)節(jié)能降耗上的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2016（3）：145.

[2]祁成龍.變頻器在煤礦主通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用分析[J].能源與節(jié)能，2016（9）：63.

[3]宋振海.變頻器在煤礦主通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2017（4）：71.