矿用通风机变频调速设计

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通风机变频调速控制系统的设计

总第208期2020年第8期机械管理开发MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENTTotal 208N〇.8, 2020自动化技术与设计 D01:10.16525/l4-1134/th.2020.08.096通风机变频调速控制系统的设计王伟(山西晋煤集团金明矿业有限责任公司，山西晋城（M8006)摘要：针对工作面通风机不能根据工作面需风量对其通风量进行实时控制，导致通风机能耗较大且自动化程度低的问题，在简单概述通风系统的基础上，完成了通风机变频调速系统的总体设计，着重对变频调速系统模糊控制器进行设计，并完成了变频调速模糊控制系统的硬件选型设计。

实践表明：基于变频调速模糊控制系统能够根据需风量实现对通风机的实时控制。

关键词：通风机变频调速模糊控制控制回路瓦斯浓度中图分类号:T D635 文献标识码:A文章编号：1003-773X(2020)08-0224-02引言通风机作为综采工作面的关键设备，其主要为工作面输送新鲜空气，保证综采工作面的瓦斯浓度、煤尘浓度在《煤炭安全规程》的许用范围之内。

在实际生产过程中，为了确保通风机通风量大于其需风量，通风机通常以最大负载情况下运行[1]。

因此，为解决通风机耗能严重且自动化程度较低的问题，本文将变频调速控制系统应用于通风机的控制中，使得通风机能够根据工作面的需风量对其通风量进行实时控制。

1通风机变频调速控制系统的总体设计1.1通风系统概述本文以掘进机工作面的局部通风系统为研究对象。

目前，应用于掘进工作面通风机的工作模式分为压入式、抽出式以及混合式三种。

由于抽出式通风对工作面的要求较高，混合式通风系统容易导致工作面的安全性降低。

因此，在实际生产中常采用压人式通风方式。

对于掘进工作面而言，瓦斯的涌出特点总结如下:掘进工作面所涌出的瓦斯不易被监测；掘进工作面如果缺乏高效的通风系统，容易导致瓦斯堆积[2]。

矿用通风机变频调速装置设计

ＰＸｏｏＶ＝．ＸｉＩ＝／２５４＝ＶＸＩｏ０ＶｎｏＩ（Ｘ１Ｘ１９ｃ．ｆ．．
注：Ｐ：变频器容量０：低于额定电压１％．９０１：容量过载（５％．ｍｉ１：Ｉ．５１０１ｎ）．ｃ４Ｃｓ０２电机容量／ｏ＝．（６变频器容量）ｏ５ＡＩ１８Ｉ＝０ｃ４Ａ＝
信息系统工程ｌ２１．２０１．８０
９５
＜
ＴＣＮＬＧ技应用ＥＨＯＯＹ术
ＩＢ的模块配套。ＳＡＬ驱动系列产品用ＡＩ设计，ＧＴＣＥＳＣ
：２８．４× ３Ｏ：９３８Ｖ３Ｖ
用直流１Ｖ电源驱动，开关频率达１０Ｈ５０ＫＺ，具有长寿命和高可靠等性能，可以驱动１０Ａ、１０Ｖ的ＩＢ￣２０７０ＧＴ－
图３ＩＢ￣动电路ＧＴ［ｇ
（ＧＴＩＢ电流规格）ＩＢ模块选用Ｆ２０１０Ｅ１０Ｖ，３０ＧＴＦ０Ｒ７Ｋ３（７００Ａ）３３．三相整流桥选型
２３３位主控ＣＵ电路．２Ｐ
ＬＣ２Ｐ２采用６脚封装、多个３位定时器、极低１３４２的功耗、ＰｗＭ输出、８１位Ａ及多达９的外部中路ＯＤＣ个断，内部可以用ＧＩｓＰＯ，范围为４脚。内置宽范围的串８
、
系统总体方案设计
和电流，首先采用运放对信号进行放大，阻抗转换等
处理。然后采用Ｂ丌Ｂｏｎｕ＿ｒ、公司的ＡＤ７４ＥｖＳ８１进行Ａ转Ｄ

矿用局部通风机的变频调速监控系统的优化设计

矿用局部通风机的变频调速监控系统的优化设计摘要：矿井局部风机为掘进面提供新鲜风流，在通风供氧与环境净化方面发挥着重要作用。

传统掘进巷通风系统中掘进巷风量常由“四算一校核”确定。

而掘进过程中巷道变长，巷道风阻会随之增大，局部风机工况点会实时变化。

所以，采用恒定电源频率供电的风机难以满足工况点变化后的风量需求，需要经常调节风量，极易造成事故发生。

目前，利用PID风量闭环调控技术进行变频通风被认为是有效的控制方法。

单一利用温度监测结果，设计基于PID闭环调控技术的自适应通风系统，证明PID通风控制方法对风量调节的有效性。

以西门子S7-1200系列PLC设备作为主要控制单元，建立了矿井下通风控制系统。

但相比于调节风门，实时监测作业环境、远程控制风机运行频率更为重要。

对于井下掘进巷道需风量由于受多种环境参数的影响而实时变化的情况，需要探究多环境参数影响下的需风量并设计与之匹配的变频通风控制系统。

基于此，本篇文章对矿用局部通风机的变频调速监控系统的优化设计进行研究，以供参考。

关键词：矿用局部通风机；变频调速监控系统；优化设计引言近年来，我国能源结构呈现“富煤、贫油、少气”的现象，预计到2030年我国依然以煤炭为主要能源。

随着我国煤炭行业机械化水平不断提高，煤矿采掘深度逐步延伸。

对于煤矿安全稳定来说，通风系统是煤矿生产6大系统中至关重要的一部分。

然而煤矿巷道掘进过程中，瓦斯的不断涌出严重影响着井下的工作环境，井下局部通风机不具备风量的自动实时调节功能，实际运行效率和预设目标之间存在显著差异，造成了资源、能源的严重浪费。

国内外专家学者对矿井局部通风智能调控进行了大量的研究。

美国、英国等较早将微机控制技术应用到矿井当中，提高了通风系统的自动化水平，并取得了一定成果。

在国内没有变频技术时，一般只能通过人工作业改变通风机供风量。

随着信息技术的发展，矿井局部风量调节方式目前主要采用自动控制方式，包括进口导向器调节和变频调速调节。

变频调速技术在矿井通风机的应用浅析

要从变频调速原理、变频调速技术在矿井通风机的应用进行分析探讨。
关键词：变频调速技术；矿井通风机；应用
Hale Waihona Puke 中图分类号：ＴＤ７２４
文献标识码：Ａ
通风机是矿井重要设备之一，对安全生产有着重要
作用。为了保证矿井通风流畅和通风机高效运行，提倡
功率一般都在３０００ｋＷ以上，属于高压变频，合理选择
变频器十分重要；应从矿井通风实际需求选用经济适用的变频器，而且应对变频器进行设计分析，是否适应风量需求，毕竟风机安装好后需对风量进行调节；风量大
小是由电机转速调节。当井下没有明显变化时，风量、风
采用变频调节技术。将变频调速技术更好地用于矿井通
风机上，已经成为相关部门的迫切课题。
１变频调速技术原理
正常情况下，工业上一般使用的变频电机为感应式
交流电机，这种电机的转速与电机的极数和频率有关。
小，风门也能调节风量，但其效率低、运行状况差、能源
浪费大、维修量也大，导致井下风机不能很好发挥作用，
因电机的极数通常是固定不变的。当其极数不变时，调
节电机转速应与供电频率为正比。频率为供电电源的电信号，优势是在电机外面进行相应调节后再供给电机，有利于电机转速得到有效控制。因此，对变频器进行控
２．２变频调速技术应用中的注意问题１）注重选择和设计问题。对于矿井通风电机来说，

矿用通风机的变频改造

矿用通风机的变频改造1、引言：煤矿巷道用的通风系统，在煤矿的安全生产过程当中起着至关重要的作用。

矿井的瓦斯爆炸，与巷道的通风是否顺畅，风量的足否都有着直接关系，一旦通风不畅，瓦斯浓度升高到一定程度，即会造成爆炸塌井，造成重大事故，危及矿工的生命安全。

而随着开采及掘进的不断延伸，巷道延长，所需要的风量也将不断增加，风机所用功率也将加大。

四季的交替，冷热的变化，所需要的风量也需不断调节，但煤矿原根据反风及开采后期运转工况所设计的通风机及拖动的电动机的功率，通常远大于煤矿正常生产所需要的运转功率。

传统的调节系统，是根据风量所需要的多少，靠调节风门来实现的，不但浪费了电能，调节起来也不方便，而且原电控系统采用直接或降压起动，对大功率电机（一般在55KW 以上）来说，启动时间长，启动电流大，对电动机的各种保护功能也不齐全，很容易烧毁电机，对电网也造成较大的冲击，甚至会使供电系统跳闸。

变频调速器作为一种新型的电力变换装置，已成熟地应用到工业生产的各个方面，不但启动容易，节能效果显著，而且对电机保护功能齐全，为了进一步保证矿井生产的安全，降低生产成本，提高自动化程度，对矿井通风机的变频改造就成为势在必行的工程了。

2、矿用通风机的种类及改造方式矿用通风机由于在生产中非常重要，通常采用一用一备两套系统，在一台出现故障时马上可以投入另一套系统运转，安全可靠，保证巷道的通风。

矿用通风机一般是离心风机或轴流风机两大类。

我们应用本公司生产的变频器在新疆和山西三处煤矿四个通风机上进行了变频改造。

其中在新疆的三台都是离心风机，山西的两台是660ν/500KW的大功率一拖二轴流式风机，效果都十分理想。

节电率最好的可达35%以上。

这里着重谈一下我司生产的660ν/500KW的变频器的设计特点。

对这样大功率的变频器，若采用普通的结构，由于电流比较大，而对于660V电压等级来说，须采用1700V的IGBT。

而此类器件的电流目前市场上最大只有200A的。

变频调速技术在矿井通风机选型中的应用

175关键词5.镗制动鼓的配套起重设备的优化图：5原来的镗鼓机的配套起重设备是电动葫芦挂在固定横梁上的，横梁在镗鼓机的中心轴上方，电动葫芦可以在横梁上移动。

吊装制动鼓时要先把鼓放在横梁下，然后吊装到镗鼓机上。

这种方式一定要把制动鼓用小车推到横梁下才可以吊装，很不方便。

我们在调研时发现，机械加工厂普通立车的起重设备，大量采用平衡吊。

平衡吊具有高效率吊运、准确起落的特点，它比横梁式的电葫芦准确、直观，它的吊臂的回转角度大（340度），可以把工件吊装到臂伸到的任何地方。

因此减少了制动鼓短距搬运的中间环节，起重效率更高。

下图是平衡吊的外观图。

6.普通立式车床改装成专用制动鼓镗削设备的总结我们经过一段时间的试用，总结出普通立式车床有以下几个优点：6.1.普通立式车床整体刚性大，没有共震现象，加工镗削后的制动鼓尺寸精度高，加工面刀痕整齐，没有杂乱的花纹出现。

6.2.普通立式车床镗削加工制动鼓的粗糙度小，加工后的制动鼓对蹄片磨损小，延长了蹄片的使用寿命。

6.3.普通立式车床的加工速度快，比镗鼓机提高60%的生产效率。

6.4.普通立式车床采用切削量数字显示，参数设定直观、精度高；刀架行走调节全部用电器按钮开关，操作轻便、快捷。

6.5.普通立式车床刀架行走机构采用液压助力消除丝杆与螺母的间隙，加工时参数无飘移现象，加工精度得到保证。

6.6.普通立式车床的电动机功率大，机械传动机构强度高，机床运行故障少，不会发生镗鼓机电机发热现象，机床使用寿命长。

6.7.起重设备改成了平衡吊后，减少了制动鼓的搬运中间环节，起重方便、快捷，效率提高。

综合以上几点，我们认为在车辆维修行业普通立式车床可以逐步推广取代镗鼓机。

引言矿井通风设备作为煤矿安全生产的关键设备之一，关系着矿井的生产安全和井下工作人员的生命安全。

为保障矿井安全生产需要，矿井主通风机必须连续运行，是煤矿的耗电大户，关系着整个矿井的电力消耗和生产成本。

矿井主通风机的电耗平均约占煤矿电耗的8%～15%，个别大型矿井甚至更高。

矿用局部通风机变频调速系统设计毕业设计任务书

毕业设计（论文）任务书信息与电气工程学院院电工电子基础系（教研室）系（教研室）主任:（签名）年月日学生姓名:学号:专业:电气工程及其自动化1 设计（论文）题目及专题：矿用局部通风机变频调速系统设计2 学生设计（论文）时间：自 2020年1月9日开始至 2020年5月 25日止3 设计（论文）所用资源和参考资料：[1]黄友鹤. 高瓦斯矿井局部通风机智能控制系统研究[D].中国矿业大学,2019.[2]耿建伟,张国栋.基于PLC局部通风机变频调速系统设计[J].煤矿机械,2017,38(11):154-155.[3]侯秀杰. 局部通风机智能控制系统研究[D].中国矿业大学,2016.[4]李婧. 局部通风机变频调速模糊控制器的开发[D].太原理工大学,2015.[5]秦书明,吴利学.煤矿智能局部通风系统的设计及应用[J].煤矿机电,2014(01):94-96.[6]孙会民,王夏,李韦璇.PLC在矿井局部通风机变频调速系统中的应用[J].煤矿机械,2012,33(10):209-210.[7]闵磊,陈燎原,王磊,马群.PLC控制与组态技术在矿用通风机监控系统中的应用[J].煤矿机械,2012,33(02):199-200.[8] 崔博文.智能变频技术在矿井通风系统中的应用[J].内蒙古煤炭经济,2016(08):3-4.4 设计（论文）应完成的主要内容：（1）矿井通风机控制技术发展概述；（2）变频调速原理；（3）矿井局部通风机变频调速系统设计；（4）变频调速智能控制算法设计；（5）实验结果分析。

5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：（1）控制系统电气原理图；（2）算法程序流程图；（3）测试结果统计与分析比较。

6 发题时间：2020年1月9日指导教师：（签名）学生：（签名）。

变频调速技术在矿井通风系统控制中的应用

变频调速技术在矿井通风系统控制中的应用随着矿井开采深度的不断加深，矿井内部环境越来越恶劣，通风系统的重要性越来越凸显。

矿井通风系统需要具备一定的自适应性、灵活性和高效性，才能满足矿井深度、采掘技术、气压、温度、湿度等因素的综合影响。

传统的矿井通风系统控制方法已经逐渐被淘汰，变频调速技术已经成为矿井通风系统控制中的重要手段。

本文将探讨变频调速技术在矿井通风系统控制中的应用。

一、变频调速技术概述变频调速技术是指通过改变电机输出频率的方法来实现电机转速调节的一种控制技术。

通俗的讲，就是电机工作时输出的电压和频率可以随时调节，从而控制电机的转速。

变频调速技术已经被应用于交通运输、水泵、风机等领域，可以实现电机精确的转速调节和能耗控制。

1. 变频调速技术可实现精确的风量控制矿井通风系统需要按照一定的风量要求来保证矿井内部气流的流动，从而避免有毒有害气体积聚和防止火灾和爆炸。

传统的调速方法需要通过改变通风机的出口阀门或者风门的开启度来实现风量控制，这种方法的精度较低，且在瞬态条件下无法达到目标风量。

而采用变频调速技术，则可以通过精确地控制电机的转速，从而改变通风机的出风量来满足实际需求。

变频调速技术可以实现电机的输出频率随时调节，从而可以根据实际情况进行风量的动态调整，达到更加准确的风量控制效果。

2. 变频调速技术可节能降耗矿井通风系统是矿井的重要能耗设备，传统的调速方式存在能耗浪费、效率低下等问题。

而采用变频调速技术，可以实现电机转速的精确调节，从而达到更加高效的能耗控制。

通过调整电机的转速，可以使风机在实际工作时能够保持在最佳工作点上，从而实现降耗节能的目的。

实际应用表明，采用变频调速技术的通风系统能够节约20%~30%的电能，同时还能够降低能源成本和维护成本，提高整体的经济效益。

3. 变频调速技术可提高设备的可靠性和寿命矿井通风系统是高要求的设备，需要有一定的可靠性和稳定性。

而传统的定速控制方式容易导致通风系统频繁的启停和冲击电流，从而对设备造成损害，影响设备的可靠性和寿命。

煤矿通风机变频调速控制系统设计研究

ＮａｎＷｅｉｇｕｏ．Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｆｏｒｖｅｎｔｉｌａｔｏｒｉｎｃｏａｌｍｉｎｅ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０１９，４１（５）：１２１１５期
（１）变频器＋ＦＸ２ＮＰＬＣ控制系统。该系统是整个系统的关键，使用变频器对通风机实施变频调速，从而达到节能的目的。该系统使用闭环控制的
收稿日期：２０１９－０１－１２；责任编辑：陈朋磊ＤＯＩ：１０．１９３８９／ｊ．ｃｎｋｉ．１００３－０５０６．２０１９．０５．０２６作者简介：南卫国（１９７８—），男，山西芮城人，工程师，研究方向为变频技术在煤矿主通风机中的应用。引用格式：南卫国．煤矿通风机变频调速控制系统设计研究［Ｊ］．能源与环保，２０１９，４１（５）：１２１１２３，１２７．
（２）管道分流。当有害气体超标时，系统将有毒有害气体排放到特制的管道中，对有毒有害气体进行处理。
０引言
国内外学者对煤矿通风机变频调速控制系统设计进行了大量的研究，聂丹凤［１］对煤矿通风机控制系统改造与设计进行了研究，系统采用监控技术、变频调速技术和ＰＬＣ控制技术，研究了该矿井通风机控制系统，设计的监控系统，能够对通风机运行的远程控制和现场控制进行监控，也可以对风机转速、瓦斯浓度、风机风压等监控量进行监测，控制系统还具有较好的故障处理及报警功能；孙传余等［２］研究了煤矿风机变频调速与远程数据监控系统，采用ＰＬＣ控制系统，对通风机进行变频改造研究，应用实践表
明该系统节能提高了管理效率和水平，使用效果显著。
１系统的控制方案
采用ＦＸ２ＮＰＬＣ对除尘系统、管道分流系统、变频器进行控制，利用变频器对风机运转进行驱动。以ＱＰＬＣ为系统主站，采用ＣＣＬｉｎｋ现场总线对从站进行系统控制。［３６］采用组态技术对整个系统的工况进行远程监控，使系统具有可视化管理的特点。

矿用通风机变频调速装置设计方案

矿用通风机变频调速装置设计沈振强[1] [2]周少武[1]陈婷[1]刘兵 [2]<[1]，湖南科技大学信息与电气学院，湖南湘潭 411201）<[2]，湖南机电职业技术学院电气工程系，湖南长沙 410151）摘要：电机的变频调速是当代交流调速系统中性能最优越的一种电力拖动系统。

本文采用32位ARM处理器为核心，IGBT为主功率器件，配以SPWM专用芯片SA8282，实现了系统的信号采集、处理以及系统保护、交流电动机的变频调速等功能。

关键词：通风机；变频调速；IGBTO．引言在电力系统拖动中，应用最普遍的是标准系列的普通笼型异步电机和同步电机。

这些电机使用变频器进行变频调速是最为合理的。

因此变频调速是交流调速中最理想的，最有发展前途的，也是发展最快的。

SPWM控制技术就是利用新型的半导体开关器件导通与关断把直流电压变换成电压脉冲列,通过控制电压的脉冲宽度或周期达到变压或者控制电压的脉冲宽度和脉冲列周期达到变频变压，是一种新型的控制技术[2]。

1．系统总体方案设计矿用通风机是矿山安全的重要设备，传统的矿用通风机采用直流驱动，故障率高，维护困难。

交流电传动已成为电气传动的主要手段。

本文应用交流变频技0术，以ARM处理器为核心，设计出矿山通用通风机的控制装置。

系统总体方案设计如图1所示。

图1 系统总统设计方案图系统由电抗器、整流器、充电电阻、滤波电路、均压电阻、IGBT、电流互感器、电压口，所以也非常适应于协议转换器、嵌入式调制解调器、通信网关以及其它各种类型的广泛应用。

3．系统的主要功率器件选型本文针对矿用主流45KW通风机进行分析设计。

3．1主电路设计在交流变频调速系统中，主电路作为直接执行机构，其可靠性及稳定性直接影响整个系统的运行。

主电路一般是由整流电路、中间直流滤波电路和三相桥式逆变器三部分组成。

系统主电路如图4所示。

图4系统主电路3．2 IGBT选型1．电压规格选择 Vces ≥ Vcep, VcespEd=×1.1×α＝U×1.1×α≈2.34U×1.1×α＝2.84×380V＝933V注：1.1：线路电压波动因数α：安全因数<通常1.1）Vcesp=(933×1.15+100>×α注： 1.15：过压保护水平(115%> α：安全因数<通常1.1）100：线路电感产生的尖峰电压(L×di/dt>所以Vces=1700V (IGBT电压规格>2．电流规格选择 Ic≥IoV(Input>nom =660Vrms 电机输出=45kW 变频器容量：60kVAP=×Vo×Io Vo=0.9×Vin Io=Ic/(×1.5×1.4> 注：P：变频器容量0.9：低于额定电压10%1.5：容量过载<150%. 1min） 1.4：IcCosφ=0.62(电机容量/变频器容量> Io=50A Ic=148A<IGBT电流规格）IGBT模块选用FF200R170KE3<1700V，300A）3．3三相整流桥选型1．整流输出的电压平均值为：＝U≈2.34U＝2.34×2.2×380V＝2000V2．电流平均值：输出电流平均值为=/ R与单相电路情况一样，电容电流平均值为零、因此=在一个电源周期中，有6个波头，流过每一个二极管的是其中的两个波头，因此二极管电流平均值为的l/3，即=/3=/33．二极管D可能承受的最大正向电压为线电压峰值的1/2，即<）/2，即×380V/2≈465V。

矿用通风机的变频改造

矿用通风机的变频改造矿用通风机是矿井生产中非常重要的设备之一，它用于提供矿井内新鲜的空气和排放有害气体和烟尘等，在保障矿工人身安全的同时，也保障了矿井的正常生产。

在通风机使用的过程中，由于矿井运行状态的变化，通风机的运行频率也会发生变化，因此，矿用通风机的变频改造就显得尤为重要。

矿用通风机的变频改造可以提高通风机的效率，降低能源消耗，减少噪音污染和设备磨损，同时还可以增加通风风量和稳定性，提高矿井的通风效果。

通常情况下，矿用通风机的电机是固定频率电机，电源电压和频率是不可调节的，使用范围局限。

而矿用变频器可以将电机的输入电流和频率控制在可变范围内，从而调节风量和应对不同的工况。

矿用通风机的变频改造可以带来以下优势：1.节约能源矿用通风机常常要在不同的负载下运行，而传统的电机只能使用主要的额定功率。

在负载较小的情况下，运转频率难以匹配空载功率，造成能源浪费。

而采用变频技术可以根据实际负载需求灵活调整通风机转速，从而在降低能源消耗方面具有显著效果。

2.提高效率经过变频改造的通风机在平衡负载的情况下，可以达到最优的效率，并且稳定性更高。

在各种工况下，都可以调整转速，以满足通风要求的变化，从而使得通风设备的使用更加智能化，有效提高生产效率。

3.双重保护矿用变频器在使用时除了调节转速，还可以监控鼓风机的运行状况，可以随时发现故障，及时保护设备的正常运行。

另外，变频技术还可以在开始和停止等短暂时间段加快或减慢变频提供输出电压，从而实现过载保护和电机保护，从而使通风机的寿命得到更好的保障。

4.改善环境传统的矿用通风机设备运转时噪音污染很大，对矿工的身体和心理都有很大的影响。

矿用变频器是一种无公害的设备，它减少了通风机运行时的噪声危害，使环境更加宜人，提高了矿工的工作舒适度。

综上所述，矿用通风机的变频改造能够有效提高矿井通风系统的效率和运行安全性，并且大幅降低了能源和机器成本。

变频技术在通风系统中的应用，已经成为企业创新转型的一种趋势，尤其是对于现代高效矿山来说，变频技术的应用将是必须的选择。

通风机变频调速控制系统的设计

总第202期2020年第2期机械管理开发MECHANICAL MANAGEMENT ANDDEVELOPMENTTotal 202No.2, 2020自动化技术与设计D01:10.16525/l4-1134/th.2020.02.075通风机变频调速控制系统的设计张剑波(阳煤寺家庄有限责任公司防突队，山西阳泉045300)摘要:针对矿井通风机耗能大、启停阶段对系统冲击大的问题，在对变频调速控制系统总体设计的基础上，对系统硬件（变频器、P L C 控制器等）及总体软件程序进行设计，并通过实践得出工作面在不同瓦斯浓度下变频器电机的对应频率，对实现综采工作面的安全生产具有现实意义。

关键词：通风机变频调速P L C 变频器节能中图分类号:TP 277文献标识码:A文章编号：1003-773X ( 2020 >02-0169-03引言综采工作面采煤时，煤层中所含的有毒气体(包括瓦斯、C 0、H2S 等)会被释放出来。

其中，瓦斯是影响煤炭安全生产的重要威胁源，而C 0、H2S 等气体严重威胁着综采工作面作业人员的人身健康。

因此，为确保综采工作面及作业人员的安全、健康，需确保工作面有毒气体的含量满足《煤炭安全规程》的相关标准要求[1]。

通风机作为综采工作面的关键设备，其被称为煤矿的呼吸系统，为工作面及人员提供新鲜空气的同时降低工作面有毒气体的含量。

在实际生产中，通风机控制精度低、自动化程度低以及耗电量高等问题，其工作性能尚不能满足实际生产的需求，无法为作业人员及工作面提供安全的工作环境。

因此，需对当前通风机的控制系统进行变频调速改进设计。

1变频调速控制系统的总体设计 1.1控制系统的功能要求为确保所设计的通风机变频调速控制系统能够满足实际生产的需求，要求变频调速控制系统满足如下特性：1) 抗干扰性、可靠性。

由于综采工作面恶劣的生产环境，该变频调速控制系统采用PLC 控制方式。

因此，需对PLC 控制器采取隔离、滤波等措施®。

矿井通风机中变频调速技术的应用

FORUM 论坛工艺48 /矿业装备 MINING EQUIPMENT矿井通风机中变频调速技术的应用□ 宫　丽　同煤集团马道头煤业有限责任公司目前，国内的大部分矿山，在开采的过程中都会使用通风机。

通风机的型号有很多种，而且数量众多。

虽然它可以保证作业现场的空气质量，不会影响到工作人员的身心健康，但它的运行效率较低，耗能比较严重，造成极大的生产浪费。

正是在这样的背景下，本文对采矿专用的通风机进行技术方面的改造，进而提高它的运行效率，为企业的经济发展，提供一定的技术保障。

对变频调速装置矿井通风机应用技术，进行深入的研究和分析，有着重要的理论意义和实践价值。

通风机上变频调速装置的节能情况如图1所示为通风机的风压-风量曲线图。

通风机原有的工作状态，也就是没有调速时，它的基本频率恒定速度下的风压-风量（H-Q）的曲线为1曲线，曲线2是管网风阻的特性曲线。

根据曲线图的内容，可以做出如下的假设。

假设通风机在设计时，它的最高工作效率是在A 点，输出的风量可以达到百分百的，这个时候电机的轴功率为P 2与Q 1N 1乘积面积AH 1OQ 1成正相关，如果风量为Q 150%时，也就是Q 2，这时使用风门的调节方式，可能会加重管道网络的阻力，使它的特性曲线由2转移到3，而代表系统的工作状况的A 点，会移动到B 点，从上图也可以看到与BH 2OQ 2成正相关的轴功率并未出现过多的减少现象，反而风压值还所有上升，由原来的H 1上升到H 2，但如果是使用变频调速装置，情况就会发生极大的变化。

当通风机的转速由N 1降到N 2时，风量发生了不小的变化，按照风机参数的比重规格，能够绘画出转速在N 2时曲线为4，还可以发现，在满足相同风量Q 2的情形下，风压由原来的H 1下降到H 2，与CH 3OQ 2的面积成正相关的轴功率，也发生了明显的变化，而且数值在减小，由此可以的得出节省功率损耗△P 和的CH3OQ 2面积成正相关。

按照比例的定律:当风量为80%时，P 2的功率为会下降到51%；当风量为50%时，电机的功率则为13%，由此可见它的节能效果很明显。

10KV矿业风机变频改造技术方案

10KV矿业风机变频改造技术方案矿业风机是在矿山等环境中用于通风、降温和排烟的重要设备，其功率一般较大，使用频率高。

然而传统的矿业风机存在能源消耗高、运行效率低、电力系统负载大等问题，因此对其进行变频改造是提高矿业风机能效的重要手段。

1.变频器选型：根据矿业风机的功率、转速范围和负载特性，选择适合的变频器。

通过准确的负载特性参数对变频器进行调整，以实现最佳效果。

2.变频器安装：变频器的安装位置需尽可能靠近电动机，减少线路损耗。

同时，要合理布置变频器的通风与散热装置，保证其正常运行。

3.系统设计：针对不同的矿业风机工况，设计合理的变频系统。

通过合理的系统设计，可以实现对矿业风机的精确控制，提高其运行效率。

4.安全控制：增加可靠的安全保护装置，如风机转速监测装置、电流监测装置等，确保矿业风机在异常情况下及时停机，保护人员和设备的安全。

5.能耗监测：通过安装能耗监测装置，实时监测矿业风机的功耗，了解其能效表现，及时发现并解决能耗过高的问题。

6.智能化管理：引入智能化管理系统，对矿业风机进行在线监测和远程控制。

通过数据分析和预测，优化风机运行策略，提高其能效，并及时发现和排除故障。

通过以上的技术方案，可以有效改善传统矿业风机的能效问题，降低能源消耗，提高风机的运行效率，减轻电力系统负载。

这样不仅可以减少能源消耗，还可以节约运营成本，提高矿山的经济效益。

同时，通过智能化管理系统的引入，还可以实现对矿业风机的智能监测和控制，提高设备的稳定性和安全性。

总的来说，10KV矿业风机变频改造技术方案可以为矿业风机的节能减排和运行效率提升提供有效的解决方案，对于推动矿山的可持续发展具有重要意义。

关于矿用对旋式通风机变频调速控制系统的应用分析

FORUM 论坛装备156 /矿业装备 MINING EQUIPMENT关于矿用对旋式通风机变频调速控制系统的应用分析□ 张国君山西灵石华苑煤业有限公司1 矿用对旋式通风机变频调速原理及系统设计通风机主要由冷却风机、主电机、润滑站等部分组成，常见的风机有两种，一种实离心式通风机，另一种是轴流式通风机。

而在矿井实际生产过程中，对旋式通风机应用得较为广泛。

为了提升通风机的应用效率，简化设备的操作难度，可以将变频调速系统应用到通风机设备中。

因此，将就通风机变频调速系统开展分析。

1.1 变频调速原理和控制方法分析通常，三相异步电动机可以通过三种方式进行调速，分别是：调整磁极对数、调整转差率、调整电源频率，而变频器有三种控制方式，分别是：V/F 控制、矢量控制、直接转矩控制。

其中，V/F 控制具有方法简单、成本低廉的应用优势，可以应用在无需较高调速性能的变频器之中，此类变频器可以用于控制矿井通风机的风速，是调速控制系统的重要组成部分之一。

目前，在通风机变频调速系统应用中，可主要将V/F 控制方式应用到变频器中，以此更好的实现通风机变频调速控制。

1.2 变频器结构与型号选择目前，比较常用的风机电机有两种，一种是6 kV/10 kV 高压电机，另一种是400 V/690 V 的低压电机。

根据电机电压高低区别，变频器的应用结构也各不相同，可以分为以下两种：第一种，H 桥级联型6 kV/10 kV 变频器，即高压变频器。

该变频器采用的是交-直-交的变频方式，IGBT 是主要开关元件。

变频器应用的是功率单元串联、叠波升压的方式。

主隔离变压器的原边应用的是Y 型接法，直接连接高压部分。

根据变频器电压等级、结构等决定副边绕组数量，6 kV 电压绕组数为18，采用延边三角形的方式连接，能够将三相电源输入到各个单元之中。

侧隔离变压器二次线圈经过移相输入，将电源提供给各个功率单元，其与36脉冲整流输入相同，能够消除多个单体功率单元造成的谐波电流，进而减少了网侧谐波问题的发生，是一种无谐波、高质量高压变频器；另一种是400 V/690 V 的交直交变频器，也就是低压变频器的一种。

煤矿井下通风机变频调控方案

煤矿井下通风机变频调控方案摘要由于井下地质环境复杂，在综采作业过程中的风阻特性变化大，而传统通风控制系统的控制反应滞后，无法满足通风系统快速调整的需求，导致在实际运行过程中风机常常设定在最大功由于井下地质环境复杂，在综采作业过程中的风阻特性变化大，而传统通风控制系统的控制反应滞后，无法满足通风系统快速调整的需求，导致在实际运行过程中风机常常设定在最大功率运行，虽然在一定程度上确保了井下通风的安全性，但也给矿井通风系统的运行经济性造成了极为不利的影响。

因此本文研究一种将传统的以井下定转速通风控制为基础的通风控制方案，改为采用通风风量和井下瓦斯浓度为反馈信号的矿井通风变频调速方案。

1矿井通风变频调速方案根据煤矿井下通风控制需求，该矿井通风变频调速系统主要由PLC控制模块、BP 神经网络模块、变频调速模块、多传感器监测模块等构成，各个控制模块之间采用了现场数据总线模式[1]，构成了监测-反馈-计算-调节的闭环调控系统，设置在井下巷道内不同区域的风速、瓦斯浓度传感器等对井下的通风情况进行实时监测，将监测结果传输到控制中心内进行数据分析和计算，然后根据计算结果输出通风机的变频调速信号，进而实现对通风系统转速和风量的调整，该变频调速控制系统整体结构如图1所示。

由图1可知，该变频调速系统中，该PLC控制中心主要由PLC控制模块和BP神经网络控制模块两个部分构成，BP神经网络主要用于对多类别传感器的监测情况进行对比分析，构建通风机运行状态和井下风量、瓦斯浓度之间的非线性映射关系，降低煤矿井下复杂地质环境下风阻变化对通风稳定性和安全性的影响，满足矿井通风安全性和稳定性的需求。

多传感器监测模块是矿井通风控制系统的眼睛，主要用于对煤矿井下巷道内的风速和瓦斯浓度等进行实时监测，将监测结果经过初步筛选后传输到PLC控制中心进行进一步的分析，是通风调控系统的调控基础，直接影响调控系统的运行稳定性和经济性。

2通风系统的变频控制结构通风系统的变频控制是通风系统的执行机构，用于输出变频调节信号，满足通风机在不同工况下的变频控制需求，以某矿井通风系统为例，其采用了两组90kW的通风机，一备一用，采用了一拖一的控制模式，为了确保对该通风系统的控制效果，在系统中增加了MM430型变频控制器[2]，变频器和控制中心的通信采用了现场总线结构。

矿井通风机变频调速系统设计

2021年第2期2021年2月在煤矿回采作业中，伴随矿井回采深度的持续增加，井下作业所面临的环境越发复杂，高瓦斯、高粉尘、高温、高湿都成为威胁生产安全的重要因素[1]。

面对这种情况，必须及时通过矿井通风机向井下作业面输入新鲜风流，排出作业面有毒有害气体，对作业面环境予以改善。

但在实际作业中常规风机普遍存在功率低、能耗大等不足之处，这主要是由风机运行未能同井下作业巷道及作业面风阻特性相匹配所致。

有鉴于此，借助现代科技手段，以对井下风速、风压、瓦斯浓度等不同参数的综合测定为基础，构建智能化矿井通风机变频调速系统，便能有效兼顾通风效率与能耗问题，实现通风综合效益的全面提升，为矿井生产的持续高效开展提供有力支撑。

1矿井通风机变频调速系统总体设计分析所设计的矿井通风机变频调速系统主要构成模块包括PLC （可编程逻辑控制器）模块、多传感器模块、变频调节模块及电液伺服模块等[2-3]，其构成如图1所示。

所有模块全部分布于PLC 控制总台，并借助现场总线实现互联，构成完备的封闭网络。

作业时，通过布设于井下巷道及作业面的各种感应监测装置，实现对井下风速、风压等相关参数的收集，相关数据会通过网络传递至PLC 控制中心并借助PLC 系统软件进行智能分析处理，生成相应的通风机调节指令，通过变频器和电液伺服机构对通风机电机转速和叶片角度予以调节，实现通风机效能的最优化。

整个系统构成中的核心模块为PLC 模块和多传感器模块[4-5]。

其中PLC 模块主要负责对各传感器所收集数据进行在线处理，其程序分为BP 神经算法和工业控制软件两块。

BP 神经网络用于构成针对各传感器的非线性映射，继而创建出基于各个通风特征参数的通风机控制模型，以便于对通风机进行模拟调节，从而获得最佳控制参数。

工业控制程序主要用于支撑对多传感器、变频器及电液伺服机构等的控制，能依照系统提供的控制指令对各个执行机构进行操控，确保风机时刻保持最佳状态。

多传感器模块主要通过所属的各个监测感应装置，对涉及通风机运行的各类参数进行测定，从而为系统智能通风机运行状态提供数据支撑。

煤矿通风变频调速系统设计

煤矿通风变频调速系统设计张抗抗;陆宜娜;马小平【摘要】According to the present situation of the low utilization of resources and a huge consumption of ener-gy, after comparing several ways to regulate wind volume, this paper presented a kind of variable frequency speed-regulation system based on PLC. The structure of the system was introduced in detail. The system operation principle was analyzed. Combined with the specific application, the relative energy-saving was calculated. The application re-sults, show that this system is stable, and has a significant effct in energy-saving.%针对煤矿通风系统资源利用率低、耗能巨大的现状，在比较几种风量调节方式后，提出了一种基于PLC 为控制核心的变频调速系统。

详细介绍了系统的结构，分析了系统运行原理，并结合系统的具体应用，进行了相关的节能计算，应用结果发现，该系统运行稳定，节能效果显著。

【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2014(000)010【总页数】4页(P59-62)【关键词】风量调节;变频调速;节能【作者】张抗抗;陆宜娜;马小平【作者单位】中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州 221008;中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州 221008;中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州 221008【正文语种】中文【中图分类】TN7730 引言煤矿通风系统是煤矿安全生产中的重要一环。