隨著電力電子技術、計算機技術、電力通信技術等的進一步發展，變頻調速節能技術得到迅速發展且在工程實際應用中發揮了良好的應用效果。高性能的變頻調速節能裝置設備已被大量地引入到煤礦、鋼廠、電廠等工業領域。通過大量研究和實踐工作可知，交流電機采用變頻調速技術升級改造后其通?？梢垣@得30%～65%的節電效益。在煤礦開采過程中，隨著井下開采和掘進的不斷延伸，礦井巷道也變得越來越長，為了滿足井下通風需求，需要增加通風風機的功率容量，這樣大功率的電機直接起動對煤礦配電網沖擊非常大，加上井下作業面需求風量波動較大，采用常規繼電器直接控制方式會導致大量電能資源浪費。目前，大功率交流電機采用變頻調速技術進行升級改造，已成為當代電機節能調速控制的潮流，其節能節電效果十分明顯，加上科學技術的進一步發展，大功率、高電壓變頻器的制造成本也在明顯降低，變頻器起動性能和調速平穩性能得到大大提高，減少了電機起動對煤礦配電網的沖擊。因此，結合煤礦井下通風系統的實際情況，采取變頻調速技術對原電機控制系統進行技術升級改造，就顯得非常有意義。

　　1　電機變頻調速控制原理

　　煤礦井下通信系統中風機電機拖動系統，由于受當時建設技術水平和綜合投資資金的制約，存在電源浪費嚴重等問題。采取基于PLC與變頻器的變頻調速技術升級改造，可以達到節能降耗的目的。電機拖動系統的節能通常有兩種方法，一種是直接采用節能電機，如永磁同步電機；另一種是采用變頻調速等控制系統來動態調節電機輸入電源頻率，達到風機拖動系統輸入與輸出間的實時動態平衡，進而達到電機調節運行節能降耗的目的?；赑LC與變頻器的電機變頻調速控制系統具有體積小、重量輕、起動轉矩大、控制精度高、功能強、可靠性高、操作維護簡單便捷、兼容性強等優點，要明顯優于以往常規電機調控模式，使用它除了具備調速穩定可靠的優點外，還可以節約大量電能資源。

　　風機電機的輸出轉速（轉矩）同電機輸入電源頻率、轉差率以及電機磁極對數三個因素有直接關系。電機輸出轉速可以表示為：

　　（1）

　　式（1）中：為電機的磁極對數；為電機運行實時電源頻率；為滑差。

　　從式（1）可知，對于交流電機拖動系統而言，要實現電機拖動系統在實際調節運行過程中，具有較高調控穩定精確性和節能經濟性，可以采取三種方法，即改變電機的磁極對數p、通過內部轉子串聯電阻等改變電機的滑差率s、改變電機實時電源頻率f。改變電機磁極對數p和滑差率s，均需要改變電機內部結構，這在很大程度上受到電機制造工藝、生產技術等因素的制約。而調節電機輸入電源的頻率f，不僅不需要改變電機的內部結構，而且只需要外加變頻器作為電機輸入電源的調控單元，就能完成對電機控制系統的動態調節。同時采用變頻調速后，能夠經過變頻器和PLC的動態調控，使整個電機拖動系統長期處于最優工況，達到節能降耗的目的。從技術性、調節運行節能經濟性等方面來看，變頻調速控制較其他節能方案在可行性、可靠性、精確性等方面更加優越，是電機節能降耗工程中常采用的技術措施。

　　2　電機拖動系統變頻調速節能改造的技術要點和功能效果

　　煤礦通風系統中的風機電機拖動系統采用基于PLC與變頻器的變頻調速技術升級改造方案中，其節能改造實現的基本控制要求包括以下兩個方面：

　?。?）節能控制系統應具備抑制電磁干擾的相應有效技術措施，能夠防止非正弦波干擾風機電機拖動控制系統中的電腦主機、計時器、傳感器等精密儀器設備的高效穩定工作，也就是采用變頻調速控制系統進行技術升級改造過程中，不能改變風機電機控制系統的其他功能單元和元器件設備的正常穩定運行性能參數。

　?。?）在變頻調速節能運行過程中，當風量檢測系統出現故障時，變頻調速控制系統將以電機拖動系統上限頻率進行恒功率運行，以確保系統最大的風量。當變頻調速控制系統出現故障時，能夠發出聲響及指示燈指示，提醒運行管理人員進行相關設備性能檢查，同時起動原控制系統（如軟起動、繼電器直接起動等）。

　　風機電機拖動系統采用變頻調速控制技術升級改造后，能夠取得較好的節能經濟效益、延長使用壽命等功能效果，具體表現為：

　?。?）速度調節范圍較寬?；赑LC與變頻器的變頻調速控制系統，其控制可靠性和精確度較高，且其速度控制范圍較寬，理論上能夠實現在1%～100%范圍內的連續動態平滑節能調節控制。

　　（2）實時調節誤差較小，精度較高?？梢赃_到±0.5%的誤差范圍。

　?。?）電能利用效率較高。電機轉換效率可以達到96%以上，同時電機拖動系統功率因素可以達到95%，節省了大量無功功率，降低了配電網變壓器的無功調節負擔，提高了供電系統的供電可靠性。

　?。?）具備軟起動功能。能夠有效抑制電機起動沖擊電流，確保電機起動具有較高安全可靠性，可以延長電機拖動系統的綜合使用壽命。

　?。?）節能節電效果十分明顯。采取變頻調速控制系統進行技術升級改造后，比常規繼電器直接起動控制系統，其節能節電效率通常可以達到30%以上。

　　3　電機拖動系統變頻調速節能改造效益分析

　　3.1　電機變頻調速節能改造方案

　　一大型煤礦井下通風系統中共采用3臺通風機（按照兩用一備控制模式設計），其進口溫度為22℃，進口壓力為99.12kPa，升壓為68kPa，軸功率為207kW，配置異步電動機型號為Y355M1-2-220kW/380V F級 IP55，功率為220kW。為了提高煤礦井下通風系統運行的可靠性、經濟性、節能性，結合煤礦井下通風系統的實際運行工況，按照“最小改動、最大可靠性、最優經濟性”等改造原則，對煤礦井下通風電機拖動系統進行技術升級改造。決定采用基于PLC與變頻器的變頻調速控制對煤礦井下通風電機拖動系統進行技術升級改造，為了分析改造經濟效益，決定1#風機采用變頻調速運行方式，2#風機采取工頻運行方式。

　　3.2　電機拖動系統變頻調速升級改造節能效益分析

　　在各項運行技術指標和環境均相同的情況下，1#風機與2#風機相比，1#風機其調節運行工況性能要更加平滑穩定，平均運行電流降低到326A，比工頻運行額定電流的408A要直接降低82A，理論節電效率為：，實際節電效率為43%，節能節電效果十分明顯。

　　4　結語

　　根據通風空調系統電機變頻調速節能控制技術原理，對煤礦井下通風電機拖動控制系統進行技術升級改造，使井下通風系統運行更加安全可靠和節能經濟，同時煤礦井下通風系統電機拖動設備的綜合使用壽命也得到延長。結合一大型煤礦井下通風系統具體節能改造工程的節電經濟效益分析計算，可以得出煤礦井下通風系統變頻調速升級改造的節能優越性。對煤礦井下通風系統風機電機拖動系統的變頻調速節能升級改造，這個通風系統運行的穩定性和可靠性得到了進一步提高，井下通風溫濕度指標也能滿足實際煤炭開采需求。在現代變頻調速控制技術的進一步完善和成熟下，變頻調速節能改造電機拖動系統將成為煤礦井下通風系統節能升級改造的重要方法之一。

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