摘要：以变频调速为代表的电力电子技术的应用使煤矿的自动化水平大大提高，还有显著的节能效果，同时提升整个行业的装备水平和自动化程度。本文对矿进主通风机的目前使用现状及性能进行分析，对装置的选用原则和注意事项提出了合理化建议。
关键词： 通风机 变频调速 特性曲线 节能效果
一、矿井通风机调速使用现状
矿井的风量负压再不同的生产时期均会有不同程度的变化，需对通风机的工况进行调节，使通风机可以在不同工况条件下使用，且在高效区运行。通风机运行工况的调节主要有两种方式，一是调节叶片角度，另一种就是调节风机的转速。如果通风机通过调节叶片角度，即可实现通风机在各服务期间均在高效区运行，此时就没有必要调速运行了。如果通风容易和困难时期风量负压变化较大，使用变频器可使风机不同时期均处于高效区运行，经经济技术比较后可采用变频器调速运行。变频器可实现远程集中控制或自动控制，动态调节风机运行工况。
风机叶片角度，传统的调节方式为停车静叶调节，时间长，调教精度低，采用液压装置进行动叶调节的技术也已逐步成熟，并得到了应用。对于通风机的调节方式与变频器的使用，一直存在争议，也有误区，有必要进行分析和探讨。
1 所有矿井均使用变频调速。认为变频器一定可以节能，还可以动态调整风机工况。这种观点是值得商榷的。如果矿井风机服务期内风量负压变化不大，通过调整叶片角度可以时风机在整个服务期内均高效运行，则没有必要进行调速运行。变频器本身有4-8%的效率损失，如果调速运行后提升的效率低于其自身的损失值，非但达不到节能的效果，反而降低系统的运行效率。
2 矿井整个服务期内均变频运行，供电系统设计时也没有旁路变频器的装置。设计时应考虑在系统运行的较长时期内或主要运行时期处于公频运行状态，变频器旁路运行，不发生变频器效率损失。
3 计入设计了叶片动叶调节装置达到了动态调节工况的目的，再安装变频器就功能重复了，没有必要。实际上叶片动叶调节和变频调节都可以实现风机工况动态调节，但两者的主要功能是不一样的，动叶调节主要是调节叶片使风机处于最佳工况点，是工况调节的最重要也是最基本的调节方式，变频调速的主要目的是节能，或是在动叶调节不能满足全服务周期的通风需求而设置的。变频调速绝大多数情况下需要配合叶片调节来调整工况，而很多矿井风机是不需要变频调速运行的。是否需要变频或动叶调节一定要计算分析，通过经济技术方案的比较来确定。
大功率电动机采用变频器拖动可实现的另外一个功能是软起器，可减少电动机起动时对电网的冲击。
二、矿井通风机调速实例分析
以某大型矿井的通风系统为例，矿井前后期的通风特性曲线如下图所示。
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图2.2.1-1 某矿通风特性曲线图
该矿井前期风量 255m3/s，负压2750Pa，后期风量 387m3/s，负压3800Pa，工况点见图中的M1和M2。从图中可以看出，风机最高效率为87%，本矿井前期效率85%，后期效率85.6%。该矿井前后期的风量负压变化较大，但只要调节通风机的叶片角度，风机的前后期均在高效区运行。如果配置变频器，使风机调速运行，可以使风机在前后期均在最高效区附近运行，效率达到约87%。由于调速运行时变频器存在5%左右的效率损失，因此配置变频器不仅不能达到节能的目的，反而使系统效率较低。这种情况下，使用变频器是没有必要的，属于典型的系统设计不合理。
该矿井属于煤电联营项目，矿井投产初期配套的电厂没有建成，矿井的产量有所调整，矿井初期的的风量仅需225m3/s，负压1500Pa，此时通风机的特性曲线见图2.2.1-2。
图2.2.1-2 某矿调整后通风特性曲线图
从图中可以看，初期通风机的工况见M0，通过调整叶片角度能获得的最高效率只有67%，我们分析是否可以通过变频调速来提高效率。
当通风机改变转速运行的时候，我们知道通风机特性曲线中风量Q的变化是转速n的变比成正比的，负压的变化是与转速变比的平方成正比，如果特性曲线是工频转速n0 下的Q0、H0，将转速调整至n1时有 Q1/Q0=n1/n0; H1/H0=(n1/n0)2。
将风机的转速调整为原转速的2/3时，即变频器输出频率为33.3HZ时，通风机的特性曲线见下图：
图2.2.1-3 变频33.3HZ时的通风特性曲线图
从图中可以看出，通风机的效率通过变频调速提高到了87%，提高了近20%的运行效率，扣除变频器自身的损失，实际提高效率达到了15%。
年电耗405万度，考虑变频器5%损失后，年电耗426万度，年省电100万度，节省电费约60万元。
是否需要变频调速需做经济技术比较，如果初期时间较长，节省的电费大于变频器的投资，则应考虑前期对风机进行变频调速。由于中后期期变频没有节能效果，仅作为软启动使用，变频器的容量选择应根据实际轴功率和软启动的要求设置。
从总的电力拖动技术发展来看煤矿装备大量的使用变频调速技术是趋势，只要合理选用它不但能节能降耗，同时还能提升整个行业的装备水平和自动化程度。
参考文献：
《河北企业》2014年第6期 赵阳：高压交流电动机的几种降压启动方式比较
《电力拖动自动控制系统》第五版 阮毅