变频器与节电控制器在矿井通风机上的节能分析

变频器与节电控制器在矿井通风机上的节能分析
摘要：矿井通风机是矿山生产当中的主要用电设备，因此对该设备进行节能运
行分析，能够使矿山的用电量得到有效的节约，因此本文主要有效分析了电机节
电器与变频器的原理相关的节能以及节能效果，并且还对两种电器之间的节能方
面的优缺点进行了有效的总结。

关键词：变频器；节电器；矿井通风机；节能分析
引言:矿山的生产离不开矿井通风机，匀速运转的同步以及异步电机能够有效
的推动矿井通风机的运行，因此其容量通常也比较大。

我们以异步电机为例，以
此来进行说明。

在进行最大开采量时所需要使用的风量与矿风机的设计选型有着
密不可分的关联，但是一般会留出相应的余地。

其低负载现象一般会出现在矿井
投产之后，在以往的模式当中，对于风量的调节主要依靠的是对挡板开度以及风
门进行相应的调整。

除此之外，对生产当中的控制精度进行有效的约束，不仅会
对能源造成浪费，而且还会损耗设备，缩短其使用寿命，同时也会增加相应的生
产成本，使设备的开销会越来越高。

因此为了对节能进行有效的满足，我们需要
将调速控制节能技术应用其中。

与此同时，运用变频器对阀门以及挡板的控制进
行有效的替代，不仅能够更加的节能，而且还可以使产品质量得到更高层次的提升，此外，电机节电技术的出现以及电机节电器的研发和使用[1]，进入了相应的
智能电机时代，所研发的产品不仅具有节能的特性，而且其实用性能也得到提升。

因此本文主要针对变频器以及电机节电器的原理以及节能效果进行相应的介绍和
分析。

一、设计原理
（一）电机节电器的设计原理
电机节电器能够有效的将功率因数补偿、相关的变频调速以及动态调压组合
进行有效的融合，从而诞生了一种新型高科技节能技术。

该技术的基本原理为：
首先我们需要将功率因数补偿以及动态调压等环节添加在变频调速系统之前，用
内置的特殊程序进行节点控制，结合相应的微处理器数字控制技术，在负载动态
的基础之上，对电机的功率进行相应的调整，如果相关电机的转速没有发生太大
的变化，那么便可以将电机输出转矩与实际负载进行精确的匹配，以此来使电能
进行节约，避免不必要的浪费。

（二）变频调速技术的基本原理
电机的相关转速，与输入的工作电源，频率之间有着密不可分的关系。

其关
系为：n= 60f（1 - s）/ p，（其中 f、n、p、s、分别表示输入频率、转速、电机磁极对数、电机转差率）；如果想对电机的转速进行有效的改变，那我们需要做的
是将电压以及电机的相关频率进行有效的改变。

在变频器内存在着PID调节软件，运用该软件所获得的压力能够符合系统所要求的压力需求。

因此，变频调速技术
的基本原理为：要想保持风压的恒定，我们可以对电动机的转速进行相应的调节，将交-直-交电源变换技术运用在变频器当中，以此来使工频电源进行有效的转化
从而能够诞生另外一种频率[2]，将该频率运用在电能当中，能加强相关控制装置
对电能的有效控制。

二、变频器节能分析
对轻负载进行有效的降压处理，能够对节能进行有效的实现。

但是需要注意的是转速与拖动转矩负载之间的关联不强，因此两者之间不会造成太大的影响，与此同时，如果是对电压进行降低处理，转速虽然在一定程度上受其影响，但也不会发生太大的变化。

因此总体来说，并没有太过明显的节能效果产生。

我们之所以说，通过变频器雕塑能够达到节电的效果，究其原因是由于其可以对电动机的相关转速进行有效的调节，要想实现节电的效果，我们最主要的是依靠变频调速器当中的负载调速。

如果通风机当中的风量不需要太大时，电机便会进行相应的降速处理。

与此同时，转速的三次方以及相关风机的轴功率是呈现反比状态的。

因此其电机一旦速度降低，那么也会产生比较低的转矩，因此便能够达到我们节能的目标。

除此之外，我们需要注意的是如果负载功率保持恒定，那么功率转速大小之间并没有任何的关联，如果变频器无法进行调速，那么便不能对功率因素进行有效的改善，最终也无法对电量进行有效的节约。

功率开关器件当中的主电路GTO以及IGBT能够有效的将逆变器进行构成，以此来形成变频器。

该变频器可
以提供给异步电机相应的调压调频电源。

通过特殊的指令，以此来对电源输出电流以及电压频率进行相应的控制。

通过运算外部的运转指令，便可以将特殊质量进行有效的获得，以此来对回路进行有效的控制。

如果所处的场合是需要快速响应或者需要对速度进行精密的控制,那么需要对其进行闭环控制。

信号的检测主要依靠的是传动系统和变频器主电路,对电路的系统进行有效的保护，主要包括对异步电动机及传动系统以及电流过电压等等进行有效的保护[3]。

因此在整个电流或者电压输出电路当中,逆变器的故障会对电流电压等产生直接的影响。

三、节能效果分析
对节能效果进行分析，我们主要采用 GAF34-7-2型风机。

该类型风机水平为1150米。

整个风机的配用电机功率大约为160千瓦,89%的电动机负载率,每天的风量维持在18个小时左右。

在一天当中，剩下的6个小时其运转速度大约为30%,我们以Qn代替电机全速供风量,以此来对30~%1%，100之间风量变化速度进行相应的观察，其空载会产生0.1的损耗，因此每天的供风量可达到71.5%Qn，但如果是全速Pp=127856瓦。

（一）变频器节能
变频时需要功率Pm2=86.2千瓦，那么便会节省41.66千瓦的功率。

再加之风机每年12个月之内都在不断的运行，一天24个小时，平均一个月27天，那么每年的节电量w=326 175. 96 kW·h /年，如果按集体消费电费单价0.4287 元 /kW·h 计算，每年大约可节省14万元的电费。

为了能够节能，我们会将功率为160千瓦，电压为380伏的变频器运用其中，购买整台变频器需要花费815万元，因此按照其节能计算大约8个月左右便可以将成本进行有效的回收。

（二）节电器节能
1.将有功功率输出入到风机运行当中，在节电器投入之前p=119千瓦，通过运用GAF34-7-2型风机进行相关测验检测。

与此同时，在不启动变频调速以及改变现场工况的情况下，以此来对风量电流功率因数进行对比。

还包括在相同转盘数之下有功电度表的不同使用时间，在电机输入端对风机装置当中的有效功率进行计算，根据最后的计算结果，可以得知其电量能节省23.7%左右，而有功功率的节省p=28.2千瓦，然后再结合风机每年运行的总时间，可以有效的算出每年的节电量w=219 283kW·h/年，按照集体消费的电价0.4287元/kW·h计算，每年可节省9.4万元的电费。

2.但是我们如果运用变频调速环节进行相应的计算，对现场的风量和风压进
行改变，使功率因数得到提升，那么其节约电量大概为52.2千瓦。

考虑某些因素
的影响，我们只提取当中的30%左右进行计算的话，也能够节省15.66千瓦。

其
电量得到有效节约，那么输入有功功率也会得到相应的减少[4]，按照相关计算，
大约能减少981175千瓦。

不仅能够使节电率得到有效的提升，而且还是输入有
功功率得到了大大的节省。

可根据相关计算，我们每年的节电量可达到12
772.16kW·h/年，因此每年的电费便可节约1626万元，一台国产的节电器售价大
约为192000元左右，因此我们如果要想收回投资，只需要等待大约14个月便可。

除此之外，电器的使用寿命是我们需要考虑的因素，一般一台国产变频器使用寿
命大约为8年左右，节电器使用寿命大约为12年左右，因此总的来说，还是节
电器比较耐用，并且在恶劣的环境当中能够得到更长时间的使用。

四、结论
综上所述，电机节电器和变频器都能够达到节能的有效目的，但是其节能方
式却有所不同。

变频器是通过电机电源频率，以此来对扭矩进行改变，并且其具
有比较低的功率因数，因此可以达到节电的目的；而电机节电器通过不断变化的
电机功率因数，受负载变化的影响，使其负载得到有效的减少，以此来实现节能。

相信经过后期不断的比较和研究，在可靠经济原则的基础之上，能够变得更加的
节能。

参考文献：
[1]郑俊英.BALDOR 15H-410E变频器的研究与应用[J].广播电视信息(下半月刊)，2007(7).
[2]周华忠.实用多电平高压变频器的设计研究与仿真[D].武汉科技大学，2007.
[3]李政，李兴源，王渝红，等转子角动量分析及其在一次调频中的应用[J].电工技
术学报，2011(23)：39．43．
[4]张辉，蒲天骄，王刚，等基于实测频率轨迹的机组调速器参数辨识[J]．电力系
统保护与控制，2014(1)：24．33．。