随着电力电子技术、计算机技术、电力通信技术等的进一步发展，变频调速节能技术得到迅速发展且在工程实际应用中发挥了良好的应用效果。高性能的变频调速节能装置设备已被大量地引入到煤矿、钢厂、电厂等工业领域。通过大量研究和实践工作可知，交流电机采用变频调速技术升级改造后其通常可以获得30%～65%的节电效益。在煤矿开采过程中，随着井下开采和掘进的不断延伸，矿井巷道也变得越来越长，为了满足井下通风需求，需要增加通风风机的功率容量，这样大功率的电机直接起动对煤矿配电网冲击非常大，加上井下作业面需求风量波动较大，采用常规继电器直接控制方式会导致大量电能资源浪费。目前，大功率交流电机采用变频调速技术进行升级改造，已成为当代电机节能调速控制的潮流，其节能节电效果十分明显，加上科学技术的进一步发展，大功率、高电压变频器的制造成本也在明显降低，变频器起动性能和调速平稳性能得到大大提高，减少了电机起动对煤矿配电网的冲击。因此，结合煤矿井下通风系统的实际情况，采取变频调速技术对原电机控制系统进行技术升级改造，就显得非常有意义。

　　1　电机变频调速控制原理

　　煤矿井下通信系统中风机电机拖动系统，由于受当时建设技术水平和综合投资资金的制约，存在电源浪费严重等问题。采取基于PLC与变频器的变频调速技术升级改造，可以达到节能降耗的目的。电机拖动系统的节能通常有两种方法，一种是直接采用节能电机，如永磁同步电机；另一种是采用变频调速等控制系统来动态调节电机输入电源频率，达到风机拖动系统输入与输出间的实时动态平衡，进而达到电机调节运行节能降耗的目的。基于PLC与变频器的电机变频调速控制系统具有体积小、重量轻、起动转矩大、控制精度高、功能强、可靠性高、操作维护简单便捷、兼容性强等优点，要明显优于以往常规电机调控模式，使用它除了具备调速稳定可靠的优点外，还可以节约大量电能资源。

　　风机电机的输出转速（转矩）同电机输入电源频率、转差率以及电机磁极对数三个因素有直接关系。电机输出转速可以表示为：

　　（1）

　　式（1）中：为电机的磁极对数；为电机运行实时电源频率；为滑差。

　　从式（1）可知，对于交流电机拖动系统而言，要实现电机拖动系统在实际调节运行过程中，具有较高调控稳定精确性和节能经济性，可以采取三种方法，即改变电机的磁极对数p、通过内部转子串联电阻等改变电机的滑差率s、改变电机实时电源频率f。改变电机磁极对数p和滑差率s，均需要改变电机内部结构，这在很大程度上受到电机制造工艺、生产技术等因素的制约。而调节电机输入电源的频率f，不仅不需要改变电机的内部结构，而且只需要外加变频器作为电机输入电源的调控单元，就能完成对电机控制系统的动态调节。同时采用变频调速后，能够经过变频器和PLC的动态调控，使整个电机拖动系统长期处于最优工况，达到节能降耗的目的。从技术性、调节运行节能经济性等方面来看，变频调速控制较其他节能方案在可行性、可靠性、精确性等方面更加优越，是电机节能降耗工程中常采用的技术措施。

　　2　电机拖动系统变频调速节能改造的技术要点和功能效果

　　煤矿通风系统中的风机电机拖动系统采用基于PLC与变频器的变频调速技术升级改造方案中，其节能改造实现的基本控制要求包括以下两个方面：

　　（1）节能控制系统应具备抑制电磁干扰的相应有效技术措施，能够防止非正弦波干扰风机电机拖动控制系统中的电脑主机、计时器、传感器等精密仪器设备的高效稳定工作，也就是采用变频调速控制系统进行技术升级改造过程中，不能改变风机电机控制系统的其他功能单元和元器件设备的正常稳定运行性能参数。

　　（2）在变频调速节能运行过程中，当风量检测系统出现故障时，变频调速控制系统将以电机拖动系统上限频率进行恒功率运行，以确保系统最大的风量。当变频调速控制系统出现故障时，能够发出声响及指示灯指示，提醒运行管理人员进行相关设备性能检查，同时起动原控制系统（如软起动、继电器直接起动等）。

　　风机电机拖动系统采用变频调速控制技术升级改造后，能够取得较好的节能经济效益、延长使用寿命等功能效果，具体表现为：

　　（1）速度调节范围较宽。基于PLC与变频器的变频调速控制系统，其控制可靠性和精确度较高，且其速度控制范围较宽，理论上能够实现在1%～100%范围内的连续动态平滑节能调节控制。

　　（2）实时调节误差较小，精度较高。可以达到±0.5%的误差范围。

　　（3）电能利用效率较高。电机转换效率可以达到96%以上，同时电机拖动系统功率因素可以达到95%，节省了大量无功功率，降低了配电网变压器的无功调节负担，提高了供电系统的供电可靠性。

　　（4）具备软起动功能。能够有效抑制电机起动冲击电流，确保电机起动具有较高安全可靠性，可以延长电机拖动系统的综合使用寿命。

　　（5）节能节电效果十分明显。采取变频调速控制系统进行技术升级改造后，比常规继电器直接起动控制系统，其节能节电效率通常可以达到30%以上。

　　3　电机拖动系统变频调速节能改造效益分析

　　3.1　电机变频调速节能改造方案

　　一大型煤矿井下通风系统中共采用3台通风机（按照两用一备控制模式设计），其进口温度为22℃，进口压力为99.12kPa，升压为68kPa，轴功率为207kW，配置异步电动机型号为Y355M1-2-220kW/380V F级 IP55，功率为220kW。为了提高煤矿井下通风系统运行的可靠性、经济性、节能性，结合煤矿井下通风系统的实际运行工况，按照“最小改动、最大可靠性、最优经济性”等改造原则，对煤矿井下通风电机拖动系统进行技术升级改造。决定采用基于PLC与变频器的变频调速控制对煤矿井下通风电机拖动系统进行技术升级改造，为了分析改造经济效益，决定1#风机采用变频调速运行方式，2#风机采取工频运行方式。

　　3.2　电机拖动系统变频调速升级改造节能效益分析

　　在各项运行技术指标和环境均相同的情况下，1#风机与2#风机相比，1#风机其调节运行工况性能要更加平滑稳定，平均运行电流降低到326A，比工频运行额定电流的408A要直接降低82A，理论节电效率为：，实际节电效率为43%，节能节电效果十分明显。

　　4　结语

　　根据通风空调系统电机变频调速节能控制技术原理，对煤矿井下通风电机拖动控制系统进行技术升级改造，使井下通风系统运行更加安全可靠和节能经济，同时煤矿井下通风系统电机拖动设备的综合使用寿命也得到延长。结合一大型煤矿井下通风系统具体节能改造工程的节电经济效益分析计算，可以得出煤矿井下通风系统变频调速升级改造的节能优越性。对煤矿井下通风系统风机电机拖动系统的变频调速节能升级改造，这个通风系统运行的稳定性和可靠性得到了进一步提高，井下通风温湿度指标也能满足实际煤炭开采需求。在现代变频调速控制技术的进一步完善和成熟下，变频调速节能改造电机拖动系统将成为煤矿井下通风系统节能升级改造的重要方法之一。

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