利用变频技术实现风机节能

矿井通风是保证井工生产的基本条件，而矿井通风机则是实现安全、经济合理通风的主要手段和设备。由于矿井生产的特殊性，决定了通风机功率大，连续运转时间长，耗电量大。据某矿务局统计，全局11对矿井共有通风井13个，装备主扇风机27台，总装机额定功率11 400 kW，全局主扇耗电量占原煤生产耗电量的28. 2 ，平均效率在50左右，*低的只有10.由上述数据可见，矿井主扇风机的电能浪费十分严重，究其原因很多，有矿井通风网络特性和主扇风机特性不匹配的问题，有主扇设备型号老旧、性能落后的问题，有矿井通风阻力过大的问题，有漏风损失严重的问题，但主要原因还是由于风机能力过大，造成了大马拉小车的现象，新建矿井尤为严重。围绕节能改造，许多单位采取了各种各样的办法，但效果都不太明显，因此，研究节能有效途径，改造现有设备，对煤炭行业减亏增盈、提高效益意义重大。本文介绍的变频技术，是降低煤矿电耗的有效途径之一。

1变频技术节能原理在矿井风机选型时，额定风量通常都超过矿井实际所需的风量，大多数风机在运行时根据工艺要求不断地调节风量和风压，通常调节风量和风压的方法有两种：一种是控制输出、输入端的风门开度，一种是控制电机的转速。目前采用挡板或阀门来调节风量的方法较为普遍，这种方法虽然投资少、控制简单，但由于人为地增加了通风阻力，因而造成电能的大量浪费，如果设想将这种方式改变成通过调节风机转速来改变风量，使电机的耗电量随着负荷大小而变化，则可达到节能的目的，这也是变频技术的核心所在。

1. 1风机参数及特性曲线电机轴功率P、风机风量Q和风压H之间的关系如下：风机的特性曲线如图1所示。图中标出了以挡板开度表示的阻力曲线。

从流体力学原理可知，用转速控制风机张少春秦喜文利用变频技术实现风机节能时，风量、风压及电机轴功率和转速的关系可表述为：式中n――转速。

上式的含义即为：风量Q与转速n的一次方成正比，风压H与转速n的二次方成正比，轴功率P与转速n的三次方成正比。

1. 2风机变频节能原理分析设图1中N为额定转速时的Q _ H曲为挡板全开时阻力曲线，其焦点A即为该风机的设计工况点。

用挡板控制时，由于要减小风量，挡板开度变小，使挡板阻力变大，阻力曲线从T移到T 1，风压从H上升到H 1，风量从Q减小到Q 1，运行工况点随之从A点移到B点。

用调速控制时，挡板全开（开度T） ，阻力曲线T不变，风机的特性取决于转速，如果把转速从n降到n 1，特性曲线也从N移到1，结果运行工况从A点移到A′点，风压从下降到H 2，风量从Q减小到Q 1，获得了同样的风量效果。

求出利用常规挡板方法时风机的轴功率为：利用变频技术时的风机轴功率为：也就是说用挡板控制时，获得同样的风量Q比用变频技术时多耗电ΔPkW，而且由板前后风压差越大，损耗功率越大。风机变频调速与用挡板相比在相同风量下，节电率为：2变频技术在风机节能中的应用2. 1使用变频技术的某矿井风机有关参数风机额定风量： 4266. 77 m主轴转速： 480 rpm电机容量： kW电机电压： 380 V电机电流： 425 A电机转速： 495 rpm矿井所需风量： 1 530 m 2. 2所用变频装置有关参数主电源：三相，电压380 V基波功率因数，额定值时0. 98总功率因数，额定值时 0. 95电机联接：电源，三相0～所需的供电电压频率， 0～所需的供电频率频率分辨率， 0. 01 Hz环境温度， 0～40℃冷却方式，集中式风冷相对湿度， 95不结霜标准性能：数据显示输出频率、电机电流、电机转速、输出电压、中间回路直流电压、散热器温度、电机功率、电机转矩、操作时间、电能计量、参数设定、报警及故障信息。

电机电流调节：自动调节转差率补偿：可编程其它：远程控制及显示3使用效果分析使用变频调速技术前后的各参数如表1.

张少春秦喜文利用变频技术实现风机节能技术参数主轴转速风量全压电机电压电机电流有功功率无功功率运行频率变频调速前变频调速后由表1及现场观察，变频技术有下列优点：3. 1改善了电网运行质量使用变频调速技术，明显改善了电网的运行质量，实现了完全意义上的软起动。起动时，只需按下起动键，电源频率便自动由0 Hz以0. 1 Hz的分辨频率上升到给定频率，电机便由0转速逐渐平稳地加速到给定频率的对应转速，在整个起动过程中输出频率、输出电流、输出电压、输出转矩在控制下平滑地增加，因此没有工频起动时过大的起动电流对电网的冲击，保证了电网的稳定运行。

3. 2减小机械冲击变频调速减小了机械冲击，提高了设备的使用寿命。变频起动时，因电机输出转矩是随频率的平滑增加而增加，因而没有工频起动时产生的较大的起动转矩对机械零部件的冲击和损伤。

3. 3经济效益显著变频节能经济效益显著。使用变频技术后年节变电量1. 03 M W？ h，年节电费25. 8万元，不到一年时间就收回了全部设备投资。

3. 4具有可编程功能变频技术具有可编程功能，运行参数可以根据矿井不同服务期内所需风量的实际要求而随时调节，以达到供需平衡的目的。

3. 5操作简单、运行可靠变频起动简单，不需像工频起动那样将外立风门关闭，等起动完成后再将风门打开，只需按下起动键风门在任何位置均可起动，而且能长期可靠运行。同时，变频运行时主扇运行噪音远小于工频运行时的噪音，减少了噪音污染，改善了主扇运行环境。

需要指出的是利用变频技术初期投资大，国产变频器质量不稳定。

4结论（ 1）变频技术应用于风机节能效果十分显著，建议我省煤炭系统在具备条件的矿井积极推广。

（ 2）尽快提高国产变频器的质量，以降低变频器的成本，达到大面积推广、节能降耗的目的。

（ 3）变频技术不仅能应用于风机节能，而且也能应用于水泵、绞车等连续运转的设备的节能。