扇风机变频调速技术

矿井通风机是地下矿山生产的主要用电设备之一，其节能运行在矿山节电中占有重要的地位。矿井通风机一般采用异步电机或同步电机拖动，恒速运转，一般容量大，电机供电电压高（6kV）。矿山建设的特点是：巷道逐年加深，产量逐年增加，所需的通风量逐年上升。矿井通风机在设计选型时，往往是按最大开采量时所需的风量为依据的，都留有余量，因此矿井在投产后几年甚至十几年内，矿井通风机都是处在低负载下运行。此外，通常矿山井下作业不均衡，夜班工作人员少，所需风量也小，节假日可能只有泵房等固定井下场所的值班人员，尽管井下人员少，也得照常向井下送风。矿井通风机一般不调节风量，若要调节风量时，传统的方法是调节档板，这种办法虽然简单，但从节能的观点看，是很不经济的。变频调速法在各种风量调节方法中是最理想、最有效、最节能的方法。

三相异步电动机的转速可用下式表示：

60fnn1(1s)(1s)p（式4-8）

式中 n—电动机转速，r/min ；

n1—电动机的同步转速，r/min ； P—磁极对数； f—电源频率，Hz ； s—转差率。

由上式可以得出，三相异步电动机的调速方法有3 种，分别是：变极调速、变转差率调速和变频调速。但是前两种方法有许多缺点，若变极调速，则调速范围较小，不能实现无级调速；若变转差率调速，低速时转差率大，转差损耗也大，则效率低；若用变频调速，从高速到低速均可保持有限的转差率，因而具有高效率、宽范围和高精度的调速性能。所以，交流变频调速是三相异步电动机调速的一种理想方式。

有关变频调速技术在矿井通风机中的应用，以青海庆华集团有限公司肯德柯克铁矿为例说明。该矿的矿井通风机都采用高压电机传动，有高压同步电机和高压异步电机两大类。由于矿井通风机是矿山的耗电大户，节电潜力很大，但它又是高压电机传动，实现变频调速有一定困难。肯德柯克铁矿以东西风井的6kV、800kW同步电机传动的矿井通风机为对象，设计配套了同步电机直接高压变频器，2009年8月投入运行，这是该矿第一台同步电机直接高压变频器，节电效果十分显著，高压变频器采用SIEMENS公司的SIMOVERTMV型三电平高压变频器。设计配套的这种同步电机直接高压变频调速装置是采用交-直-交电流型变频调速系统，属自控式变频调速系统，它由变频器、同步电机、转子位置检测器以及控制系统组成。变频器主电路采用晶闸管串联组成的高压阀串作为功率元件，它是利用同步电机的反电势来关断逆变器的晶闸管，它没有强迫换流电路，因而主电路结构简单。

该高压变频器按周期性的固定频率运行：早班（7:00～16:00）

变频装置运行在40Hz；中班（16:00～19:00）运行在35Hz；19:00～20:00为放炮时间，变频器运行于40Hz；20:00～23:00变频器运行在35Hz；23:00～24:00期间为放炮时间，变频器运行于40Hz；0:00～3:00井下作业人员很少，变频器运行于28Hz； 3:00～4:00为放炮时间，变频器运行于40Hz；4:00～7:00变频器运行于28Hz。经节能测试及能量平衡测试，以及东西风井的实际记录，在正常生产期间，节电率达42%，节假日变频器运行于28Hz，节电率达73%。年节电为192.3万kWh，不到一年的时间，就由节电费用收回了高压变频器的全部投资，经济效益十分显著。