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摘 要 矿井内环境是一个相对封闭的地下环境，如果没有一个良好的通风系统，矿井内的工作人员将不能得到良好的空气保证，生命安全存在隐患。通风系统能够为井下工作人员提供良好的呼吸支撑，而变频器的应用大大提升了通风系统的效果。文章针对目前大多数矿井通风系统和变频器的工作原理进行分析，总结变频器在矿井通风系统中的作用。
关键词 变频器；矿井；通风机系统
中图分类号：TD635 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）05-0122-02
众所周知，矿井属于地下工作环境，通风系统作为保证井下工作人员生命安全的必不可少的设备，必须要持续行的工作，不断的为井下提供新鲜的空气，是矿井中连续运行的大功率大负荷用电系统。而如何才能使通风机能够能智能高效的工作，保证生产安全的同时节省能量，通过使用变频器可以实现。
1 我国矿井通风机系统现状
在矿井中，通风机是保证矿井生产安全的必要设备，必须不间断的持续工作，所以通风机系统的可靠性是首要要求，其次才是整体的成本控制。一般通风机一旦开启后就不会频繁的进行开关动作，所以只需要较小的启动转矩设备。同时，国内一般的交流调速系统总存在着一些不可避免的缺陷，而直流调速系统又过于复杂和高成本，所以很多矿井的通风机直接采用固定的转动速率，通过调节风门才能调整通风量。这种方式设备简单，投资小，且便于维护。在实际的矿井环境中，送风量和实际需求常常存在着很大的差别，设定的通风量是根据预先对井下人员，瓦斯浓度，生产需求的判断，但实际上瓦斯量可能存在局部过高，普遍偏低的情况，通风阻力也常常与判断不符。而且，实际的井下生产效率，人员数量，井道结构都会发生变化，固定的通风量显然已经不能安全生产的实际需求。此外，这种工作方式能耗也很大。
2 变频器的工作原理
变频器，说的简单一些就是利用改变电机电源的工作频率来改变交流电动机的工作行为的一种电力控制设备。变频器由各个功能模块组成，最主要的就是频率变换控制单元，还包括一些驱动单元，数模转换单元，滤波等。控制单元是靠内部的GBT开断来调整输出的电源电压和频率，从而改变电机的工作状态，实现变频、调速等目的。
变频器主要可以分成电流型和电压型两种，两者都是将电源提供的直流变成交流，不同的是一个为电流源，一个为电压源。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。
变频器的主要功能是调压，跳频，调速等，随着现代科技的不断发展，其性能越来越好，稳定性高。并且虽然内部结构复杂，但应用十分简单，可以用于多种电机，多种领域。变频器拥有各种外形，各种体积，各种功率，各种功能的不同类型，随着技术的发展，成本的降低，变频器一定还会得到更广泛的应用。
3 变频调速技术的实现
将变频器应用到通风机上对通风机进行调速，首先是选择优质且匹配的电动机和变频器。矿井下对通风系统的要求很大的容量，能够在特殊情况下给予足够的动力输出。所以需要选择中压甚至高压的电动机，并由此选择相匹配的变频器，原有电动机可根据实际情况进行保留。在实际情况中，通风机一般是低速运行，对过载要求不高，大部分时间都是低功率工作，对转速的精确度要求也不严格，所以选择经济实惠的通用型变频器即可满足生产要求。
目前市场上的变频器大多采用SPWM调制，这样在工作时定子电流中就会不可避免的产生高阶谐波。过多的高阶谐波会消耗多余的能量，造成浪费，所以应尽量选择高阶谐波少的变频器。
此外在变频器的应用过程中还有一些问题应该值得注意。比如在额定功率工作时的升温问题，电动机工作时的噪声问题，还有低速工作时的散热能力问题。在矿井中，一般将转速设定在额定功率的80%上下浮动即可，根据实际情况进行调节。而且在井下一般的信号屏蔽情况比较严重，频率信号控制器宜选用PLC设备，通过远程通信实现可靠的转速控制。
4 变频器在矿井通风机中的作用
1）智能调节。矿井是一个相对封闭而且非常危险的工作环境，在很深的地下工作保证足够新鲜的空气是对工作人员最基本的安全保护。那么由于不能像露天一样随时可以有开放的环境进行空气流动，矿井下一般是通过几个通风口而通风机对井下进行空气叫唤。井下的工作环境复杂，井道蜿蜒曲折，随时还有可能出现瓦斯泄漏的情况。所以必须要对井下环境进行实时监控并只能调制通风量避免危险的发生。
首先，当井下空气质量良好，没有任何危险指数时，可以适度减小通风机的通风量，保证井道内整体的空气流动即可。每天的不同时段工作人员和工作量可能会发生变化，根据不同时段的特点情况，不同时段实施不同的通风策略。在人员多工作量大的时候加大通风量，反之当人员相对较少的时候而可以减小变频器的工作频率，降低通风量。
如果某一个地区出现了意外情况，通过传感器的及时信息反馈，控制某一地区的几个通风口进行通风量增大，加快局部地区的空气叫唤，及时进行反应避免危险的发生。同时不需要改变其他地区的通风机工作状态，造成不必要的恐慌和浪费。
当出现特大泄露事故的时候，传感器进行报警并将信息传递给通风控制系统。这时并不是一味的加大通风量，而需要有规划的智能控制。如果以为的加大通风量，则可能使有毒气度快速的扩散而扩大危险区域，所以尽量的封锁泄漏点周边的空气流动，将灾害控制在一定区域内。同时最大的对泄漏点进行空气叫唤，将有毒气体快速的排出。两一方面抓紧时间对工作人员进行引导疏散，避免由于恐慌而造成更大的损失。
2）变频节能。我们知道，一般的机械在设计动力驱动时，都会有预备的缓冲量来保证生产过程中的安全可靠。如果电机不是满载满负荷工作的话，那么除了用于作游泳功的能量外多余的力矩就只能是进行了无用的消耗，这就浪费了能量。通风机的传统调速方法是在通过调节通风口来控制风量输出的大小，而输出功率一直保持很大，这就把大量的能量都用在了内部的消耗上而没有产生实际功能。如果我们使用了变频器，当需要减小通风量的时候，就可以直接通过降低风机的转速而实现了。使用变频器直接作用于通风机的电动机，对其进行调速，降低输出功率的大小而降低通风量。
假如我们仅采用固定的通风量来进行试验，通过变频器来控制电动机功率使其保持在额定功率的70%进行工作，就可以节省20%到30%的能源（变频器本身也需要消耗能量）。如果我们采用智能的调节方式来控制整个通风系统，在不同时段不同情况下采用不同的输出功率，对于没有人员的工作区域可以最低功率输出甚至是使通风机进入休眠状态，这将进一步的节约能耗。
5 结束语
综上所述，将变频器应用到矿井通风机上将会给通风系统的性能得到很大的提升。井下作业的安全永远是第一位的，良好的通风系统是施工安全的保证。目前变频器技术已经日趋成熟，在市场上够买变频器之后无需对原有的通风、供电设备进行更换，只需要将变频器潜入到通风系统当中，就可以实现变频调速功能。安装变频器的通风系统可以智能的调节通风量，提高安全系数。同时可以节省更多的能量，控制生产成本。所以，将变频器应用到矿井通风机中得到了普遍的认可。
参考文献
[1]张东.高压大功率变频器在煤矿主通风机的应用方案[J].煤矿安全，2012（4）.
关键词 变频器；矿井；通风机系统
中图分类号：TD635 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）05-0122-02
众所周知，矿井属于地下工作环境，通风系统作为保证井下工作人员生命安全的必不可少的设备，必须要持续行的工作，不断的为井下提供新鲜的空气，是矿井中连续运行的大功率大负荷用电系统。而如何才能使通风机能够能智能高效的工作，保证生产安全的同时节省能量，通过使用变频器可以实现。
1 我国矿井通风机系统现状
在矿井中，通风机是保证矿井生产安全的必要设备，必须不间断的持续工作，所以通风机系统的可靠性是首要要求，其次才是整体的成本控制。一般通风机一旦开启后就不会频繁的进行开关动作，所以只需要较小的启动转矩设备。同时，国内一般的交流调速系统总存在着一些不可避免的缺陷，而直流调速系统又过于复杂和高成本，所以很多矿井的通风机直接采用固定的转动速率，通过调节风门才能调整通风量。这种方式设备简单，投资小，且便于维护。在实际的矿井环境中，送风量和实际需求常常存在着很大的差别，设定的通风量是根据预先对井下人员，瓦斯浓度，生产需求的判断，但实际上瓦斯量可能存在局部过高，普遍偏低的情况，通风阻力也常常与判断不符。而且，实际的井下生产效率，人员数量，井道结构都会发生变化，固定的通风量显然已经不能安全生产的实际需求。此外，这种工作方式能耗也很大。
2 变频器的工作原理
变频器，说的简单一些就是利用改变电机电源的工作频率来改变交流电动机的工作行为的一种电力控制设备。变频器由各个功能模块组成，最主要的就是频率变换控制单元，还包括一些驱动单元，数模转换单元，滤波等。控制单元是靠内部的GBT开断来调整输出的电源电压和频率，从而改变电机的工作状态，实现变频、调速等目的。
变频器主要可以分成电流型和电压型两种，两者都是将电源提供的直流变成交流，不同的是一个为电流源，一个为电压源。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。
变频器的主要功能是调压，跳频，调速等，随着现代科技的不断发展，其性能越来越好，稳定性高。并且虽然内部结构复杂，但应用十分简单，可以用于多种电机，多种领域。变频器拥有各种外形，各种体积，各种功率，各种功能的不同类型，随着技术的发展，成本的降低，变频器一定还会得到更广泛的应用。
3 变频调速技术的实现
将变频器应用到通风机上对通风机进行调速，首先是选择优质且匹配的电动机和变频器。矿井下对通风系统的要求很大的容量，能够在特殊情况下给予足够的动力输出。所以需要选择中压甚至高压的电动机，并由此选择相匹配的变频器，原有电动机可根据实际情况进行保留。在实际情况中，通风机一般是低速运行，对过载要求不高，大部分时间都是低功率工作，对转速的精确度要求也不严格，所以选择经济实惠的通用型变频器即可满足生产要求。
目前市场上的变频器大多采用SPWM调制，这样在工作时定子电流中就会不可避免的产生高阶谐波。过多的高阶谐波会消耗多余的能量，造成浪费，所以应尽量选择高阶谐波少的变频器。
此外在变频器的应用过程中还有一些问题应该值得注意。比如在额定功率工作时的升温问题，电动机工作时的噪声问题，还有低速工作时的散热能力问题。在矿井中，一般将转速设定在额定功率的80%上下浮动即可，根据实际情况进行调节。而且在井下一般的信号屏蔽情况比较严重，频率信号控制器宜选用PLC设备，通过远程通信实现可靠的转速控制。
4 变频器在矿井通风机中的作用
1）智能调节。矿井是一个相对封闭而且非常危险的工作环境，在很深的地下工作保证足够新鲜的空气是对工作人员最基本的安全保护。那么由于不能像露天一样随时可以有开放的环境进行空气流动，矿井下一般是通过几个通风口而通风机对井下进行空气叫唤。井下的工作环境复杂，井道蜿蜒曲折，随时还有可能出现瓦斯泄漏的情况。所以必须要对井下环境进行实时监控并只能调制通风量避免危险的发生。
首先，当井下空气质量良好，没有任何危险指数时，可以适度减小通风机的通风量，保证井道内整体的空气流动即可。每天的不同时段工作人员和工作量可能会发生变化，根据不同时段的特点情况，不同时段实施不同的通风策略。在人员多工作量大的时候加大通风量，反之当人员相对较少的时候而可以减小变频器的工作频率，降低通风量。
如果某一个地区出现了意外情况，通过传感器的及时信息反馈，控制某一地区的几个通风口进行通风量增大，加快局部地区的空气叫唤，及时进行反应避免危险的发生。同时不需要改变其他地区的通风机工作状态，造成不必要的恐慌和浪费。
当出现特大泄露事故的时候，传感器进行报警并将信息传递给通风控制系统。这时并不是一味的加大通风量，而需要有规划的智能控制。如果以为的加大通风量，则可能使有毒气度快速的扩散而扩大危险区域，所以尽量的封锁泄漏点周边的空气流动，将灾害控制在一定区域内。同时最大的对泄漏点进行空气叫唤，将有毒气体快速的排出。两一方面抓紧时间对工作人员进行引导疏散，避免由于恐慌而造成更大的损失。
2）变频节能。我们知道，一般的机械在设计动力驱动时，都会有预备的缓冲量来保证生产过程中的安全可靠。如果电机不是满载满负荷工作的话，那么除了用于作游泳功的能量外多余的力矩就只能是进行了无用的消耗，这就浪费了能量。通风机的传统调速方法是在通过调节通风口来控制风量输出的大小，而输出功率一直保持很大，这就把大量的能量都用在了内部的消耗上而没有产生实际功能。如果我们使用了变频器，当需要减小通风量的时候，就可以直接通过降低风机的转速而实现了。使用变频器直接作用于通风机的电动机，对其进行调速，降低输出功率的大小而降低通风量。
假如我们仅采用固定的通风量来进行试验，通过变频器来控制电动机功率使其保持在额定功率的70%进行工作，就可以节省20%到30%的能源（变频器本身也需要消耗能量）。如果我们采用智能的调节方式来控制整个通风系统，在不同时段不同情况下采用不同的输出功率，对于没有人员的工作区域可以最低功率输出甚至是使通风机进入休眠状态，这将进一步的节约能耗。
5 结束语
综上所述，将变频器应用到矿井通风机上将会给通风系统的性能得到很大的提升。井下作业的安全永远是第一位的，良好的通风系统是施工安全的保证。目前变频器技术已经日趋成熟，在市场上够买变频器之后无需对原有的通风、供电设备进行更换，只需要将变频器潜入到通风系统当中，就可以实现变频调速功能。安装变频器的通风系统可以智能的调节通风量，提高安全系数。同时可以节省更多的能量，控制生产成本。所以，将变频器应用到矿井通风机中得到了普遍的认可。
参考文献
[1]张东.高压大功率变频器在煤矿主通风机的应用方案[J].煤矿安全，2012（4）.