一、引言
煤矿通风机俗称“电老虎”，其耗电量较大。该设备全年不停地运行，而且不同时期对风量的要求又不相同，如节假日用风量较小，矿井建设初期用风量也较少，因此，选择一种好的调节风量的方法，完全可以降低吨煤电耗，而且可以提高风机的使用寿命，这样就可以给企业带来可观的经济效益。
二、工作原理及有效途径
1、工作原理
矿用通风机调节方法有多种形式，目前国内煤炭企业主要采用调节管网阻力法、调节转速法、调节进口导流器叶片法、调节叶轮叶片法等形式。根据风机的轴功率变化特性曲线显示，当风机的转速改变时，轴功率与转速的三次方成正比变化，可见，调节转速是风机节能改造效果最明显的技术途径。
2、调节方法
通风机常见的调速方法主要有：可控硅串级调速、直流机组调速，交-交变频调速、液力调速等几种方式。
2.1 液力偶合器调速
1）调节原理
电机输出轴高速旋转带动液力偶合器泵轮旋转，将液体介质以高速高压流冲向液力偶合器涡轮叶片，使涡轮跟随泵轮作同向旋转并带动风机；而传动介质由涡轮外缘流向内侧并减速减压流向泵轮形成涡流循环，在这种循环中，通过导管系统直接改变传动介质质量，可无级调节转速并将电动机的机械能柔性传递至风机。
2）技术特点
①由于调速型液力偶合器本身结构特点，可实现电动机空载起动，可放弃原有的已老化的电动机控制系统，采用液力偶合器自身的简单控制系统，并利用电动机可空载起动，提高其起动能力，减小对电网的冲击；
②由于传动介质为油液，可隔离扭振，减缓冲击；
③结构简单可靠，控制操作方便；
④除轴承之外，无机械磨损，效率高，节能效果显著。
2.2.2 可控硅串级调节电机转速
1）调节原理
电网电能经异步电动机气隙传递到转子的电磁功率P2，一部分为机械输出功率Pm，另一部分为转差功率Ps。它们之间的关系如下
P2＝Pm+ps
P2＝Mω1
Pm＝（1－s）P2
Ps＝sP2＝3I22R
式中 M-电动机的电磁转矩；
ω1-同步角速度；
I2-转子每相电流；
R-转子电阻；
s-转差率。
原机组采用转子电路串接附加电阻实现调速。显然在低速运转时，s升高，转差功率Ps升高，此时，转差功率Ps无法加以利用，只能白白消耗在外部附加电阻上，所以这是一种低效率的能耗调速方法。如在转子回路代替附加电阻接入一套电器装置，同样能实现调速，并具有节能的显著优点。
2）技术特点
调速系统为全数字化显示，电控系统采用PLC技术取代模拟控制和有触点电器传动方案，提高系统可靠性。本方案控制的只是转子转差功率，系统设备投资少。尤其是采用双闭环调节技术，可以做到平滑无级调速及较硬的机械特性。此方案是矿用风机节能调速的优选技术方案之一。
2.2.3 直流机组调速
1）调节原理
直流电机采用它激励磁，定子电路采用固定直流供电，转子电路采用可控硅变流器供电，改变可控硅导通角α，即改变转子供电电压，改变转子电磁转矩，实现调速目的。
2）技术特点
调速范围广，调速性能好，效率高，技术稳定可靠。但常见的通风系统采用交流电机，需改换成直流电机，设备投资及直流电机维护量大，不代表电气传动的发展方向。因此，在风机节能项目改造中应用较少。
2.2.4 交-交变频调速
1）调节原理
交-交变频器其主回路由2组并联的变流器P组和N组组成。P组和N组轮流向负载供电，则在负载上获得交流输出电压U0。U0的幅值由变流器的控制角α决定。U0的频率由2组变流器的切换频率决定。如果变流器采用桥式接法，则三相负载需要36个晶闸管元件；如果用零式接法，也需要18个晶闸管元件，元件数量较多。另外，矿井供电电压常见为双路6kV，目前还没有能直接在6kV电压下的晶闸管元件。故系统采用高-低-高供电方案，需增加2套晶闸管用变压器。
2）技术特点
调速范围广、高效、优质调节。晶闸管元件数量多，需增加降压、升压变压器，系统设备多，投资大。因此，在风机节能项目改造中应用较少。
三、经济效益分析
煤矿原有工作方式为全年12月，每月30d工作制，目前随着高产高效工作面的推广应用及国家法定假日制的实行，粗略计算每年约有休息时间T=2,400h。若风机装机容量P1按500-1,000kW考虑，工业电费m按0.3元/kWh计算，保安风量按常规的85%考虑，风机功率降低为P2＝P1×0.853＝61.4%P1。每年节约电费：M＝（P2－P1）Tm。风机功率越大，每年节约电费也越多。
风机功率与节电费的对应关系
风机单机功率/kW 年节约电费/万元
500 22
600 26.5
700 30.9
800 35.4
900 39.8
1000 44
四、结束语
经分析，选择可控硅串级调速和液力偶合器调速作为优选方案。
调速系统全数字化，电控系统采用PLC技术，尤其是采用双闭环调节技术，可以做到平滑无级调速，及较硬的机械特性。
柔性传递机械能，可无级调速并空载起动，对电网冲击小，结构简单可靠，控制系统简单，操作方便，效率高，节能效果显著。
通过上述分析，通风机系统风机节能改造项目从技术途径上看是完全可行和可靠的，从每年节约电费考虑，可给生产单位带来显著的经济效益；从国家能源政策来看，此项工作具有现实意义。
煤矿通风机俗称“电老虎”，其耗电量较大。该设备全年不停地运行，而且不同时期对风量的要求又不相同，如节假日用风量较小，矿井建设初期用风量也较少，因此，选择一种好的调节风量的方法，完全可以降低吨煤电耗，而且可以提高风机的使用寿命，这样就可以给企业带来可观的经济效益。
二、工作原理及有效途径
1、工作原理
矿用通风机调节方法有多种形式，目前国内煤炭企业主要采用调节管网阻力法、调节转速法、调节进口导流器叶片法、调节叶轮叶片法等形式。根据风机的轴功率变化特性曲线显示，当风机的转速改变时，轴功率与转速的三次方成正比变化，可见，调节转速是风机节能改造效果最明显的技术途径。
2、调节方法
通风机常见的调速方法主要有：可控硅串级调速、直流机组调速，交-交变频调速、液力调速等几种方式。
2.1 液力偶合器调速
1）调节原理
电机输出轴高速旋转带动液力偶合器泵轮旋转，将液体介质以高速高压流冲向液力偶合器涡轮叶片，使涡轮跟随泵轮作同向旋转并带动风机；而传动介质由涡轮外缘流向内侧并减速减压流向泵轮形成涡流循环，在这种循环中，通过导管系统直接改变传动介质质量，可无级调节转速并将电动机的机械能柔性传递至风机。
2）技术特点
①由于调速型液力偶合器本身结构特点，可实现电动机空载起动，可放弃原有的已老化的电动机控制系统，采用液力偶合器自身的简单控制系统，并利用电动机可空载起动，提高其起动能力，减小对电网的冲击；
②由于传动介质为油液，可隔离扭振，减缓冲击；
③结构简单可靠，控制操作方便；
④除轴承之外，无机械磨损，效率高，节能效果显著。
2.2.2 可控硅串级调节电机转速
1）调节原理
电网电能经异步电动机气隙传递到转子的电磁功率P2，一部分为机械输出功率Pm，另一部分为转差功率Ps。它们之间的关系如下
P2＝Pm+ps
P2＝Mω1
Pm＝（1－s）P2
Ps＝sP2＝3I22R
式中 M-电动机的电磁转矩；
ω1-同步角速度；
I2-转子每相电流；
R-转子电阻；
s-转差率。
原机组采用转子电路串接附加电阻实现调速。显然在低速运转时，s升高，转差功率Ps升高，此时，转差功率Ps无法加以利用，只能白白消耗在外部附加电阻上，所以这是一种低效率的能耗调速方法。如在转子回路代替附加电阻接入一套电器装置，同样能实现调速，并具有节能的显著优点。
2）技术特点
调速系统为全数字化显示，电控系统采用PLC技术取代模拟控制和有触点电器传动方案，提高系统可靠性。本方案控制的只是转子转差功率，系统设备投资少。尤其是采用双闭环调节技术，可以做到平滑无级调速及较硬的机械特性。此方案是矿用风机节能调速的优选技术方案之一。
2.2.3 直流机组调速
1）调节原理
直流电机采用它激励磁，定子电路采用固定直流供电，转子电路采用可控硅变流器供电，改变可控硅导通角α，即改变转子供电电压，改变转子电磁转矩，实现调速目的。
2）技术特点
调速范围广，调速性能好，效率高，技术稳定可靠。但常见的通风系统采用交流电机，需改换成直流电机，设备投资及直流电机维护量大，不代表电气传动的发展方向。因此，在风机节能项目改造中应用较少。
2.2.4 交-交变频调速
1）调节原理
交-交变频器其主回路由2组并联的变流器P组和N组组成。P组和N组轮流向负载供电，则在负载上获得交流输出电压U0。U0的幅值由变流器的控制角α决定。U0的频率由2组变流器的切换频率决定。如果变流器采用桥式接法，则三相负载需要36个晶闸管元件；如果用零式接法，也需要18个晶闸管元件，元件数量较多。另外，矿井供电电压常见为双路6kV，目前还没有能直接在6kV电压下的晶闸管元件。故系统采用高-低-高供电方案，需增加2套晶闸管用变压器。
2）技术特点
调速范围广、高效、优质调节。晶闸管元件数量多，需增加降压、升压变压器，系统设备多，投资大。因此，在风机节能项目改造中应用较少。
三、经济效益分析
煤矿原有工作方式为全年12月，每月30d工作制，目前随着高产高效工作面的推广应用及国家法定假日制的实行，粗略计算每年约有休息时间T=2,400h。若风机装机容量P1按500-1,000kW考虑，工业电费m按0.3元/kWh计算，保安风量按常规的85%考虑，风机功率降低为P2＝P1×0.853＝61.4%P1。每年节约电费：M＝（P2－P1）Tm。风机功率越大，每年节约电费也越多。
风机功率与节电费的对应关系
风机单机功率/kW 年节约电费/万元
500 22
600 26.5
700 30.9
800 35.4
900 39.8
1000 44
四、结束语
经分析，选择可控硅串级调速和液力偶合器调速作为优选方案。
调速系统全数字化，电控系统采用PLC技术，尤其是采用双闭环调节技术，可以做到平滑无级调速，及较硬的机械特性。
柔性传递机械能，可无级调速并空载起动，对电网冲击小，结构简单可靠，控制系统简单，操作方便，效率高，节能效果显著。
通过上述分析，通风机系统风机节能改造项目从技术途径上看是完全可行和可靠的，从每年节约电费考虑，可给生产单位带来显著的经济效益；从国家能源政策来看，此项工作具有现实意义。
