摘 要：本文主要阐述了自动控制变频调速装置在局扇上的应用，在正常生产过程中，节能效果可达37%以上，对矿井的安全生产、节约能源起到了很大的作用。下面是变频调速装置在掘进头应用的节能效果分析。
关键词：煤矿;局扇;变频调速;节能
1 调速装置工作原理
风机调速装置配接三只瓦斯传感器：在全风压混合口T3处瓦斯浓度不超限时，调速装置自动进入自控通风状态。以T3处瓦斯传感器浓度不超限为主要控制原则，当T3传感器瓦斯浓度值超过设定值时，风机调速装置减小输出频率，风机减小输出风量，控制工作面到T3处的瓦斯排出量，随着新鲜风流的注入而稀释，T3点的瓦斯浓度就会逐渐减小到安全值以下，此时风机调速装置加大输出频率，风机加大风量排出工作面和回风处的瓦斯，如此循环往复，以达到最大效率安全排放瓦斯的目的。若T3处瓦斯传感器浓度不超设定值，此时T1、T2处瓦斯传感器浓度值越大，风机调速装置输出频率越大，风机输出风量越大。依据工作面瓦斯浓度传感器T1、回风处瓦斯浓度传感器T2所检测的瓦斯浓度，调速装置根据瓦斯浓度的大小自动调节风量，T1、T2浓度变小，则局扇减速;T1、T2浓度变大，则局扇加速，避免瓦斯超限，解决了因为风机全负荷恒定转速运转而造成的巨大浪费。其原理如下图。
2 节能原理
风机的风压、H-风量Q曲线特性如右图。
n1——代表风机在额定转速运行时的特性;n2——代
表风机降速运行在n2转速时的特性;R1——代表风机管路阻力最小时的阻力特性;R2——代表风机管路阻力增大到某一数组时的阻力特性。
风机在管路特性曲线R1工作时，工况点为A，其流量压力分别为Q1、H1，此时风机所需的功率正比于H1与Q1的乘积，即正比于AH1OQ1的面积。当减小风量到Q2，实际上通过增加管网管阻，使风机的工作点移到R2上的B点，风压增大到H2，这时风机所需的功率正比H2Q2的乘积，即正比于BH2OQ2的面积。风机所需的功率增大。这种调节方式控制虽然简单、但功率消耗大，不利于节能，是以高运行成本换取简单控制方式。
若采用变频调速，风机转速由n1下降到n2，这时工作点由A点移到C点，流量仍是Q2，压力由H1降到H3，这时变频调速后风机所需的功率正比于H3与Q2的乘积，即正比于CH3OQ2的面积，由图可见功率的减少是明显的。由流体力学和风机比例定律可以得出风机、风量与转速及轴功率的关系为：风量Q与转速N的一次方成正比，风压H与转速的平方成正比， ;轴功率P与转速的三次方成正比， 。而转速又与频率成正比，当降低频率时，风机转速降低，功率以频率的立方下降，其功率与转速、压力、流量、节电率等关系如下表。
3 变频调速装置在掘进头节能效果分析
(1)基本条件。安装地点：掘进头;通风机电机额定轴功率：2×30KW;通风机电机效率：96.5%;调速装置率：>97%，实际按97%考虑;实际运行时间：330天。
(2)掘进过程中调速情况。在掘进初期到掘进巷道打通的整个过程中，随着掘进距离的延伸调速装置的下限频
率逐渐升高，调速装置的运行频率和运行时间如下：30Hz运行70天;40Hz运行90天;45Hz运行110天;50Hz运行60天。节能计算：如果不使用调速装置应该消耗的电能应为：
W1=60×330×24÷96.5%=492435(KW h)。
用调速装置后消耗的电能为：
W2=60× ( 21.6%× 70× 24+51.2%× 90× 24+72.9%×110×24+100%×60×24)÷96.5%÷97%=60× ( 362.88+1105.92+1924.56+1440) ÷ 96.5%÷97%=60×4833.36÷96.5%÷97%=309814(KW h)
一个掘进头节电量：△W =W1-W2=492435-309814=182621(KW h)。
节电率：η=△W÷W1×100%=182621÷492435×100%=37.1%
4 结论
以一个掘进面的节能效果来推算，假设一台60KW的调速装置一年实际使用的时间能达到330天(通风机是连续工作制，但掘进巷道打通后调速装置更换掘进面需要时间)。那么，年节电量为：△P=60×330×24×37.1%=176299(KWh)，年节约电费：176299×0.55元/ KW h=96965(元)。
因此，变频调速装置不仅能保证煤矿的安全生产，节能效果也非常明显。虽然购置设备时一次性投入比较多，但是不到一年半的时间就可以收回设备投资成本。
参考文献：(略)
作者简介：李锋(1977-)，男，助理工程师，从事煤矿机电技术管理工作。
