一、引言

煤礦通風機俗稱“電老虎”，其耗電量較大。該設備全年不停地運行，而且不同時期對風量的要求又不相同，如節假日用風量較小，礦井建設初期用風量也較少，因此，選擇一種好的調節風量的方法，完全可以降低噸煤電耗，而且可以提高風機的使用壽命，這樣就可以給企業帶來可觀的經濟效益。

二、工作原理及有效途徑

1、工作原理

礦用通風機調節方法有多種形式，目前國內煤炭企業主要采用調節管網阻力法、調節轉速法、調節進口導流器葉片法、調節葉輪葉片法等形式。根據風機的軸功率變化特性曲線顯示，當風機的轉速改變時，軸功率與轉速的三次方成正比變化，可見，調節轉速是風機節能改造效果最明顯的技術途徑。

2、調節方法

通風機常見的調速方法主要有：可控硅串級調速、直流機組調速，交-交變頻調速、液力調速等幾種方式。

2.1 液力偶合器調速

1）調節原理

電機輸出軸高速旋轉帶動液力偶合器泵輪旋轉，將液體介質以高速高壓流沖向液力偶合器渦輪葉片，使渦輪跟隨泵輪作同向旋轉并帶動風機；而傳動介質由渦輪外緣流向內側并減速減壓流向泵輪形成渦流循環，在這種循環中，通過導管系統直接改變傳動介質質量，可無級調節轉速并將電動機的機械能柔性傳遞至風機。

2）技術特點

①由于調速型液力偶合器本身結構特點，可實現電動機空載起動，可放棄原有的已老化的電動機控制系統，采用液力偶合器自身的簡單控制系統，并利用電動機可空載起動，提高其起動能力，減小對電網的沖擊；

②由于傳動介質為油液，可隔離扭振，減緩沖擊；

③結構簡單可靠，控制操作方便；

④除軸承之外，無機械磨損，效率高，節能效果顯著。

2.2.2 可控硅串級調節電機轉速

1）調節原理

電網電能經異步電動機氣隙傳遞到轉子的電磁功率P2，一部分為機械輸出功率Pm，另一部分為轉差功率Ps。它們之間的關系如下

P2＝Pm+ps

P2＝Mω1

Pm＝（1－s）P2

Ps＝sP2＝3I22R

式中 M-電動機的電磁轉矩；

ω1-同步角速度；

I2-轉子每相電流；

R-轉子電阻；

s-轉差率。

原機組采用轉子電路串接附加電阻實現調速。顯然在低速運轉時，s升高，轉差功率Ps升高，此時，轉差功率Ps無法加以利用，只能白白消耗在外部附加電阻上，所以這是一種低效率的能耗調速方法。如在轉子回路代替附加電阻接入一套電器裝置，同樣能實現調速，并具有節能的顯著優點。

2）技術特點

調速系統為全數字化顯示，電控系統采用PLC技術取代模擬控制和有觸點電器傳動方案，提高系統可靠性。本方案控制的只是轉子轉差功率，系統設備投資少。尤其是采用雙閉環調節技術，可以做到平滑無級調速及較硬的機械特性。此方案是礦用風機節能調速的優選技術方案之一。

2.2.3 直流機組調速

1）調節原理

直流電機采用它激勵磁，定子電路采用固定直流供電，轉子電路采用可控硅變流器供電，改變可控硅導通角α，即改變轉子供電電壓，改變轉子電磁轉矩，實現調速目的。

2）技術特點

調速范圍廣，調速性能好，效率高，技術穩定可靠。但常見的通風系統采用交流電機，需改換成直流電機，設備投資及直流電機維護量大，不代表電氣傳動的發展方向。因此，在風機節能項目改造中應用較少。

2.2.4 交-交變頻調速

1）調節原理

交-交變頻器其主回路由2組并聯的變流器P組和N組組成。P組和N組輪流向負載供電，則在負載上獲得交流輸出電壓U0。U0的幅值由變流器的控制角α決定。U0的頻率由2組變流器的切換頻率決定。如果變流器采用橋式接法，則三相負載需要36個晶閘管元件；如果用零式接法，也需要18個晶閘管元件，元件數量較多。另外，礦井供電電壓常見為雙路6kV，目前還沒有能直接在6kV電壓下的晶閘管元件。故系統采用高-低-高供電方案，需增加2套晶閘管用變壓器。

2）技術特點

調速范圍廣、高效、優質調節。晶閘管元件數量多，需增加降壓、升壓變壓器，系統設備多，投資大。因此，在風機節能項目改造中應用較少。

三、經濟效益分析

煤礦原有工作方式為全年12月，每月30d工作制，目前隨著高產高效工作面的推廣應用及國家法定假日制的實行，粗略計算每年約有休息時間T=2400h。若風機裝機容量P1按500-1000kW考慮，工業電費m按0.3元/kWh計算，保安風量按常規的85%考慮，風機功率降低為P2＝P1×0.853＝61.4%P1。每年節約電費：M＝（P2－P1）Tm。風機功率越大，每年節約電費也越多。

風機功率與節電費的對應關系

風機單機功率/kW    年節約電費/萬元

500                    22

600                    26.5

700                    30.9

800                    35.4

900                    39.8

1000                   44

四、結束語

經分析，選擇可控硅串級調速和液力偶合器調速作為優選方案。

調速系統全數字化，電控系統采用PLC技術，尤其是采用雙閉環調節技術，可以做到平滑無級調速，及較硬的機械特性。

液力偶合器調速

柔性傳遞機械能，可無級調速并空載起動，對電網沖擊小，結構簡單可靠，控制系統簡單，操作方便，效率高，節能效果顯著。

通過上述分析，通風機系統風機節能改造項目從技術途徑上看是完全可行和可靠的，從每年節約電費考慮，可給生產單位帶來顯著的經濟效益；從國家能源政策來看，此項工作具有現實意義。