摘要：介绍了主通风机风量调节方式，分析了通风机风量、电机转速及电机功率三者间的理论关系，研究了通风机调速变频器的分类、特点，总结了通风机变频器的主要控制方式。
关键词：矿井；主通风机；变频调速；节能
引言
矿井通风机作为矿井的主要供风设备，对矿井的安全生产意义重大。由于随着矿井生产阶段的不同，所需通风量不同，在设计矿井通风系统机时，设计人员通常会采用较大风机富裕系数来选用通风机。在矿井不同生产阶段，若不采取措施，让通风机按实际需风量供风，必然会造成不同程度的能源浪费。当前各矿井调节供风量的方法主要有两类：机械调节法与电气调节法。其中机械调节法主要是通过调整通风机叶片角度来改变通风机风量，这种调节方式较简单，易实施，但会降低风机运行效率。而电气调节法主要是通过对风机电机极对数进行调整或应用变频器来调节主通风机电机，控制风机转速，来实现风量调节。由于变频器调节风机转速具有安装简便、节能降耗显著等优点，因此，该方法也越来越受到人们的青睐。
1理论分析
通过对矿井主通风机进行变频控制，可依据实际用风需求，控制电机转速，实现电机的节能降耗。通风机供风量与电机转速具有如下关系：(1)式(1)中，Q为实际风量，m3/h；Q1为额定风量，m3/h；n为电机实际转速，r/min；n1为电机额定转速，r/min。而电机功率与电机转速的关系如下：(2)式(2)中，P为电机实际功率，W；P1为电机额定功率，W。通过综合分析通风机供风量、转速及电机功率间的关系，可知，降低电机转速，电机消耗功率以三次方方式降低，由此可见，对通风机实际转速进行调节，可显著节能降耗[1]。
2调速用变频器的分类
在通风系统中引入变频器后可改变电源供电频率与供电电压，依据变频器变频方式的不同，可把变频器分为两类：交—交变频器与交—直—交变频器。图1为交—交变频方式，此变频方式属于一种直接变频方式，主要是把工频为50Hz的交流电直接转换成频率与电压可变的电源，交—交变频方式只用1次变换就可改变电源频率与电源电压，应用电源电压可实现换流。图2为交—直—交变频方式，此方式其实属于一种间接变频方式，主要是先整流工频50Hz的交流电使之变为直流电，然后再借助半导体原件实施逆变，最终变为频率与电压都可变的交流电，应用了2次变换来实现电能频率与电压的改变。对于交—交变频与交—直—交变频来说，按不同标准划分会得到不同结果。如按主电路工作方式的不同，可细分为电压型变频器与电流型变频器；依据开关方式的不同，可分为PAM（PulseAmplitudeModula-tion，脉冲幅度调制）型控制变频器、PWM（PulseWidthModulation，脉宽调制）型控制变频器及高载频PWM型控制变频器；依据实际工作原理的不同，可分为V/f（V为输出电压，V；f为输出频率，Hz）控制变频器、转差频率控制变频器及矢量控制变频器。由于异步电动机是当前很多矿井拖动主通风机主要应用的电动机，因此应用交—直—交变频器调节矿井主通风机转速的较多[2]。
3调速用变频器的特点
由于异步电动机应用变频器进行控制后，其所处状态为电动运行状，电动机功率因数始终比1小，因此有无功能量存在于中间直流回路与负载电动机间，而在变频器逆变中又缺少储能元件，因此只能用直流回路中所装设的储能元件来把此无功能量储存起来。对于电压型变频器与电流型变频器而言，无功能量储存方式的不同，是它们的最大区别，也正是由此导致了两种逆变器具有了不同的技术特点。电压型变频器主要是应用大容量电容器来滤波，呈低阻抗输出。电流型变频器主要应用大电感的电抗器来滤波，呈高阻抗输出。表1与表2为两种分类方式的主要特点。
4变频器的调速方式
V/f协调控制与转差频率控制为当前人们主要应用的交流变频器控制方式，下面就具体介绍一下这两种控制方式。4.1V/f控制V/f控制主要是在确保电动机磁通不变的情况下，通过改变电源频率进行调速的，此控制方式在通用型变频器中应用较多。V/f控制方式具有转矩—速度特性良好，结构简单等优点，但此控制属开环控制，实际控制性能不是很好，且为改变低频转矩特性，当处于低频控制时，应进行转矩补偿[3]。4.2转差频率控制此控制属于直接控制转矩的一种，它是基于V/f控制发展而来的，应用转差频率控制变频器时，应在控制系统中加装速度传感器，为更好地控制频率与电流，时常还需装设电流反馈装置，此控制为闭环控制，应用此控制方式来控制变频器，可使变频器运行更稳定，并能及时响应急速的加、减速。
5结语
随着中国电子科技的发展，变频技术也越来越成熟，各种变频器的应用范围也越来越广，人们把交—直—交方式变频器应用于矿井主通风机，并配合V/f控制与转差频率控制进行协调，已能稳定可靠地进行变频调速控制。总之，把变频调速控制科学合理地应用到矿井主通风机上，不仅能有效调节通风机充分满足各生产阶段的供风需求，且能为矿井显著节约电能，有助于矿井的节能降耗。
参考文献：
［1］巨广刚.我国煤矿用主通风机节能现状分析［J］.矿山安全与环保，2010(6)：84-86.
［2］张仁贵，裴晓东，彭担任.主通风机节能降耗研究［J］.矿山机械，2004(2)：14-15.
［3］王晓东，李双会.矿井主通风机节能研究的现状与展望［J］.煤矿安全，2002，33(8)：31-33.
作者：李晨 单位：山西潞安环保能源开发股份有限公司漳村煤矿
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