主扇風機高效運行與穩健啟動實現研究

摘 要：高效運行與穩健啟動，是對礦井主扇風機的兩個基本要求。通過異步電機幾種調速方式的對比，結合實例說明主扇風機采用的高壓變頻調速裝置，具有優良的啟動特性和調速能，可實現風機特性曲線的合理變化，獲得經濟運行工況點，降低了能耗，實現了重載軟啟動，是先進的電氣控制技術。
關鍵詞：主扇風機；變頻調速；工況點；軟啟動；高效；節能

    煤礦生產過程中，礦井對風量的需求和通風網絡阻力經常發生化，需要經常調節通風機的工況點以適應生產要求。通常的做法是選用較大富裕量的風機再配合不同方式的調節，如軸流式風機改變葉片安裝角度、離心式風機改變前導器葉片轉角、調節風門閘板改變通風阻力等。這些方法存在著調節不方便、可調范圍小、運行工況處在高速低效高耗能的狀態等缺陷。大部分礦井采用軸流式風機，軸流式風機只能在風門開啟狀態下啟動，屬于重載啟動，而且通風機旋轉部件的飛輪慣量也比較大，風機的負載特性還是 T∝n 2 ，需要的啟動轉矩較大，常規的啟動設備或直接啟動很容易造成風機的啟動困難、啟動電流過大，成為通風機安全運行的一項重要技術內容。
    根據風機特性，提高風機運行效率主要通過兩個方面來實現。一是合理布置礦井通風網路，盡量降低通風網路阻力，本文不贅述。二是配以適當的調節方式，使通風機與通風網路達到合理的匹配，讓通風機在高效區運行。流體機械技術表明，調節轉速是通風機實現經濟運行的有效途徑。變頻技術的快速發展使交流電動機的調速技術發生了深刻變化，其優良的調速性能與獨特的軟啟動特性，對通風機實現高效運行與穩健啟動具有重要的意義。
1 風機調速節能基本原理與啟動特性分析
1. 1 風機調速節能的基本原理
    從圖 1 可知，曲線 1 為通風機在全速下風壓—風量的特性曲線，曲線 2 為風門全開時管網的特性曲線，石家莊風機上述兩曲線的交點 A 代表自然運行工況點，其風壓和風量分別為 H 1 和 Q 1 。如果礦井需要的實際通風量為 Q 2 ，可以通過調節風門，改變管網的特性得到曲線 3，它與曲線 1 的交于 B 點，取得要求的風量 Q 2 ，但風壓上升至 H 2 。也可以通過改變風機的轉速而使風機的特性曲線變為曲線 4，它  與管網的特性曲線 2 交于 C 點，同樣取得要求的風量 Q 2 ，同時風壓降至 H 3 。假定在上述 3 個不同的工況點運行時，機械和電氣傳動系統的效率都相等，則在 3 個不同的工況點運行時從電網吸收的功率應與相應工況點的風量和風壓的乘積成正比，即與圖中 AH 1OQ1、BH 2OQ2、CH 3OQ2 這 3 個矩形的面積成正比。從以上分析可以看出，調節通風機轉速改變風量的運行方式屬于減少空氣動力的節電方法，它跟一般常用的調節風門控制風量的方法比較，具有明顯的節電效果。

1. 2 風機啟動特性分析
軟啟動可以使電動機的輸出轉矩滿足機械系統對起動轉矩的要求，平滑加速，平滑過渡，避免出現沖擊性力矩；降低電動機的起動電流，避免沖擊電網和燒壞電動機絕緣。
礦井主扇風機屬于葉片式平方轉矩型負載，在低速時負荷較輕，可按線性方式加速，加速過程可快一些，以縮短啟動時間；但隨著轉速的增加，負載轉矩增大較多，加速度應減緩一些，以減小啟動電流。所以采用半 S 形速度圖并控制啟動加速度的軟啟動方式是比較適宜的，如圖 2 所示。