變頻調(diào)速在風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載上的應(yīng)用具有顯著的節(jié)能效果，并且具有無沖擊啟動和軟停機(jī)的優(yōu)良控制特性，因此變頻器首先在冶金、電力、石化、供熱和民用風(fēng)機(jī)水泵的控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

      由于煤礦生產(chǎn)的特殊環(huán)境和安全上的特殊要求，變頻器在煤礦的應(yīng)用起步比較晚。隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的深入發(fā)展，煤礦的增產(chǎn)、降耗、提效被提到了重要地位，設(shè)備節(jié)能改造勢在必行。變頻調(diào)速在煤礦井上固定機(jī)械和采煤機(jī)上也有了一定的應(yīng)用并取得了較好的效果。

  2 變頻調(diào)速在主扇風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

      2.1 礦井通風(fēng)設(shè)備與風(fēng)機(jī)節(jié)能原理概述

      煤礦主扇風(fēng)機(jī)按結(jié)構(gòu)分為軸流式和離心式;

      風(fēng)機(jī)是保障煤礦安全的主要通風(fēng)機(jī)械，365天晝夜運(yùn)轉(zhuǎn)。礦井主扇風(fēng)機(jī)一般配備兩套，一臺工作一臺備用;根據(jù)礦井的規(guī)模，主扇風(fēng)機(jī)的配用功率從數(shù)十kW至數(shù)百kW。功率315kW以下的，一般選用380V低壓電動機(jī);

      功率大于315kW的，多選用6kV高壓電動機(jī)。主扇風(fēng)機(jī)安裝在地面，可以選用通用電氣設(shè)備。

 

       礦井主扇風(fēng)機(jī)的額定通風(fēng)能力(風(fēng)量、風(fēng)壓)是根據(jù)設(shè)計計算的礦井末期的通風(fēng)阻力和達(dá)產(chǎn)時的風(fēng)量確定。在礦井投產(chǎn)初期，風(fēng)機(jī)的富裕能力是比較大的;

      為了達(dá)到生產(chǎn)需要的風(fēng)量和風(fēng)速，過去通常的做法是關(guān)小風(fēng)門擋板，人為的增加通風(fēng)阻力改變主扇風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況來調(diào)節(jié)風(fēng)量。風(fēng)機(jī)排風(fēng)量特性曲線見圖1所示;當(dāng)風(fēng)機(jī)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時，風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量和風(fēng)壓按特性曲線1變化，并與風(fēng)門全開時的巷道(管網(wǎng))阻力曲線2相交于額定工況點(diǎn)N，風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量為Qn、壓頭為Hn;

      在煤礦投產(chǎn)初期，由于開拓量小巷道短通風(fēng)阻力小，如果按額定工況通風(fēng)，將造成采煤工作面風(fēng)速超限并引起煤塵飛揚(yáng)，影響采煤面的工作和安全。一般采取關(guān)小風(fēng)門擋板增大通風(fēng)管網(wǎng)阻力使風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)移至E點(diǎn)。這時礦井的排風(fēng)量減少為Qe，產(chǎn)生的壓頭為He。如果采用降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)風(fēng)量，風(fēng)機(jī)將按特性曲線4運(yùn)行并與曲線2在產(chǎn)生需要風(fēng)量Qe，風(fēng)門全開的管網(wǎng)曲線2相交于工況C點(diǎn)。

根據(jù)風(fēng)機(jī)和水泵的相似定律，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、轉(zhuǎn)速與功率有下式成立;

     

理論分析和實(shí)測都證明用人為增加通風(fēng)阻力(關(guān)小閘門)的方法調(diào)節(jié)風(fēng)量會造成電能的浪費(fèi)，是不可取的。采用改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法調(diào)節(jié)風(fēng)量不但節(jié)能效益顯著，而且還有減少機(jī)械磨損延長機(jī)械使用壽命的效果。

 2.2 選用變頻器的要求

      煤礦主扇風(fēng)機(jī)如何選用變頻器？首先要考慮的是風(fēng)機(jī)在現(xiàn)在的運(yùn)行工況下，是否還有節(jié)能潛力，如果現(xiàn)在運(yùn)行時風(fēng)門擋板已經(jīng)接近全部打開，才能滿足礦井需要的風(fēng)量，這臺風(fēng)機(jī)也就沒有安裝變頻器的必要，反之，可以考慮選用變頻器;風(fēng)機(jī)屬于平方轉(zhuǎn)矩類負(fù)載，應(yīng)選用適合于風(fēng)機(jī)水泵使用的通用型變頻器。一般根據(jù)主扇風(fēng)機(jī)的額定電流選用變頻器;變頻器的電壓等級應(yīng)符合電源與電動機(jī)的額定電壓要求，額定輸出電流大于扇風(fēng)機(jī)電機(jī)的額定電流;另外要注意變頻器經(jīng)常運(yùn)行的頻率不能太低，防止電動機(jī)溫升過高。同時，要選用正規(guī)廠家、經(jīng)過運(yùn)行證明質(zhì)量可靠、售后服務(wù)好的產(chǎn)品。

2.3 變頻器應(yīng)用舉例

      黑龍江省某煤礦四井主扇風(fēng)機(jī)為4-72-11N016B，配套電動機(jī)JO2-92-6型75kW 380V;

      實(shí)測總排風(fēng)H1=1931Pa。總?cè)腼L(fēng)量Q1=64800m3/h，n1=710r/min用閘門調(diào)節(jié)風(fēng)量;按煤礦生產(chǎn)安全規(guī)程要求的配風(fēng)量Q2=50400m3/s，H2=1171Pa，根據(jù)相似定律求出調(diào)速后風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n2=552r/min;

      風(fēng)機(jī)皮帶傳動減速比i=0.73，求出調(diào)速后電動機(jī)轉(zhuǎn)速n3=756r/min，再求出變頻器輸出頻率為39Hz。電動機(jī)軸功率35kW。

根據(jù)風(fēng)機(jī)配電動機(jī)功率選用ABB公司產(chǎn)品變頻器一臺;變頻器驅(qū)動一臺風(fēng)機(jī)，備用風(fēng)機(jī)仍然由工頻拖動。

扇風(fēng)機(jī)變頻改造后運(yùn)行穩(wěn)定。經(jīng)運(yùn)行測試表明，通風(fēng)系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)符合安全規(guī)程要求;月節(jié)約電量10800kWh，年節(jié)約電量129600kWh;按電價0.64元/kWh計算，年節(jié)約電費(fèi)8.3萬元;投資回收期1.9年。