变频调速技术在煤矿风机改造中应用前景广阔

　　山西煤炭变频调速技术在煤矿风机改造中应用前景广阔刘振民闫桂生徐琳琳（山西省煤炭工业厅）（山西省煤炭高新技术总公司）（太原煤矿设计院）针对部分煤矿存在着通风能力过剩严重，主通风机处于大马拉小车的状况，分析讨论了变频调速技术在煤矿风机改造中可取得的良好经济效益和广阔的应用前景。

　　通风机变频调速改造0引言变频调速是一项根据设备需要，通过改变供电频率来调整设备转速，从而使设备实现合理、经济运行的技术手段。该项技术目前已经在许多行业和领域得到广泛应用。主通风机是煤矿的主要耗电设备之一，针对当前山西省煤矿经济效益低下、处境艰难的局面，走依靠科技进步、生产与节约并重的道路，对部分煤矿存在的通风能力过剩严重，主通风机大马拉小车现象进行变频调速技术改造。1998年11月，阳泉市平定县阳胜煤矿对主通风机进行变频调速改造，通过一年多时间的运行，运转稳定，效果良好。

　　1变频调速的节电原理异步感应电动机的转速n为p―――极对数。

　　改变其中的任何一个参数都可以实现转速的改变。变频调速器是通过改变电源频率f的方式来改变电动机的转速。

　　由流体动力学可知，流量Q∝n ，压力Q∝n电机功率P∝n设当电动机额定功率为P 0，转速为n 0，流量为0，当流量由额定值Q降到Q时，与额定功率P比较，采用转速调节的电机功率和转速的关系为：又因为Q∝n ，因而又有以下关系：若流量由100 降到50 ，则转速相应降到50 ，压力降到25 ，而电机功率降到12.5 ，节约电能87.5 ，若扣除转速下降可能引起电机和风机的效率下降等因素，节电效果也是非常显著的。

　　2原风机运行情况原通风机为4―72―11 No 20型离心式通风机，主要技术参数为：流量：153 000 m配套电机75kW ，主要技术参数为：输出功率：原通风机正常工作时， 75 kW电机全速运转。经实际测量，当主回风巷的总风量为1 720 m压为65 mm水柱时，电机的输入电压为400 V ，输入电流为120 A ，经计算，此时电机的输入功率为70 kW（功率因数为0.85 ，效率为90 ）。

　　随着生产的继续，巷道的不断延伸，现有的风量/min已不能满足通风要求。经有关设计技①作者：刘振民，男， 1962年生，大学，山西省煤炭工业厅， 030012术部门现场考查，阳胜煤矿在通风困难时需风量/min ，经计算，若要满足矿井要求，需更换一台功率为200 kW的电机。

　　3改造后风机的运行情况更换的新电机为Y355L4―8型，主要技术参数为：输出功率：200kW ，输入电压：380 V ，输入电流：按设计，新电机在全速运转时，风机的大风量/min ，而目前矿井所需风量为1 900 /min ，按通常做法，需要控制风门以减少风量，这将导致大量电能浪费。为满足矿井所需风量，又有效节约电能，矿方选用了200 kW的变频调速器，对新电机进行调速改造。

　　安装变频调速器后，经测风员现场测试，当变频调速器输出频率为37 Hz ，输入电压400 V ，输入电流120 A时，风机风量达到1 900 m mm水柱，满足了矿井的需求。从变频调速器监视窗口观测，此时电动机的输入功率为70 kW .

　　4现场数据测试情况通风机经变频调速改造平稳运行半个月后，对变频器不同频率下的风机运行参数进行实测，其数据。

　　测量时间次第二次第三次第四次变频器输出频率/Hz总回风量/ m负压/ mm水柱变频器输入电压/ V变频器输入电流/ A变频器输出功率/ kW功率因数5风机变频改造前后的技术经济指标比较5.1新旧电机输入功率相同时的风量和负压比较电机项目频率输入功率风量负压mm水柱原75kW电机在全速运行时新200kW电机加变频器调速时通过比较可见（表2），当两台电机输入功率相同时，经变频改造后的风机风量增加了180 /min ，负压也增加了35 mm水柱。

　　5.2新旧电机在相同风量时所消耗电能的比较电机项目风量负压mm水柱功率因数电机的输入功率/ kW原电机75kW新电机200kW通过比较可见（表3），当两台风机所提供的风量相同时，新电机通过变频调速后的功率因数提高到0.983 ，输入功率比旧电机的输入功率减少了19 kW.那么，如果按0.4元/度计算，一年可节约电费为66 576元，旧电机每年电费为262 800元，改造后每年节约用电25 .

　　5.3使用变频调速器与使用风门调节风量的耗电比较按设计，更换200 kW新电机后，如果用普通开关柜控制，电机全速运行，所提供的风量为2 550 /min ，既不符合矿井实际需要，又造成大量的电能浪费。如果要实现矿井目前所需1 900 m量的要求，就必须进行风量调节。

　　5.3.1使用风门调节风量新电机全速运行时，其输出功率为200 kW ，此时电机输入功率为 kW .如果用风门将风量调为/min ，按风门节能15 计算（一般可达10 左右），电机的实际输入功率仍然达187 kW ，每年风机消耗电费为655 248元。

　　5.3.2使用变频调速器调节风量使用变频调速器后，调节到同样1 900 m的风量，200 kW电机的实际输入功率为70 kW ，比风门调节可节约电能 kW ，每年可节约电费为409 968元。那么，使用变频调速比风门调节风量每年可节约用电62.5 .

　　5.4变频调速改造的经济效益及社会效益通过以上比较，在通风机风量过剩的情况下，采用变频调速器可以明显地实现以下功效：a .实现了电动机无级调速。使用了变频调速器后，根据矿井的实际情况，可实现额定风量下任意风量的快速调节，极方便地满足了矿井生产需要。

　　b.节电效果显著。从阳胜煤矿的实际情况看，该矿使用变频调速比不使用该装置可大量节约电能。

　　c.提高了功率因数。从实际测试结果可见，使用变频调速器后，电机的功率因数可达0.983 ，极大降低了无功功率。

　　d .具有电机软启动功能现场观察，新电机加装变频调速器后，启动电流从0开始（见图1），逐渐增加，直到实际需要的负荷电流，改变了直接启动和星角启动的电流冲击现象，相当于装设了一台电机软启动装置。

　　e.降低了环境噪音。因变频调速器平稳地降低了电机转速，从而使风机的噪音大幅度降低，有效地改善了工作环境。

　　f.节省了一套开关控制柜。变频调速器安装于电源和电动机之间，替代了开关控制柜。

　　g .操作简单，便于使用。风机的风量调节及其它功能可通过变频调速器控制面板键简单操作，便于推广使用。

　　6在煤矿的推广前景和意义当前，煤炭全行业面临极其严峻的形势，彻底走出困境还需要几年甚至更长的时间。根据调查，类似阳胜煤矿主通风机大马拉小车情况的还有很多。因此，积极依靠科技进步，大力挖潜改造，提高设备系统科技含量，是实现降低成本、提高经济效益的有效途径。特别对于新设计的矿井，如果按困难时期选配风机（包括大电机），控制部分直接配备变频调速器，这样，既可以直接节省初期电机的投资又可替代开关控制柜、起动装置及无功功率就地补偿装置等设备，实现了既节省投资又使得先进装备一步到位，效果尤其突出，意义重大。

　　本文责任编辑刘大为