前言：通過(guò)對(duì)煤礦FBCDZ系列大型對(duì)旋風(fēng)機(jī)配套電動(dòng)機(jī)、電器在發(fā)展過(guò)程中暴露出來(lái)的問(wèn)題進(jìn)行分析，找到了一種解決問(wèn)題的技術(shù)方案。變頻技術(shù)與電動(dòng)機(jī)技術(shù)的研究與應(yīng)用，使大型對(duì)旋風(fēng)機(jī)的發(fā)展有了重大突破，新方案的實(shí)施對(duì)于煤礦的安全生產(chǎn)、改善環(huán)境，以及節(jié)能降耗起到了積極的推動(dòng)作用。

　　FBCDZ系列風(fēng)機(jī)是防爆抽出式對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)，主要用于煤礦井下主通風(fēng)。結(jié)構(gòu)原理如圖所示，其將兩臺(tái)相同功率的電動(dòng)機(jī)安裝在風(fēng)機(jī)流道*，并在面對(duì)面布置的電動(dòng)機(jī)軸伸上直聯(lián)兩個(gè)大風(fēng)扇，稱為Ⅰ級(jí)風(fēng)機(jī)和Ⅱ級(jí)風(fēng)機(jī)，兩風(fēng)機(jī)旋向相反。風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中，將來(lái)自井下的含瓦斯空氣抽出，風(fēng)經(jīng)電動(dòng)機(jī)外隔流罩四周通道流出。電動(dòng)機(jī)的冷卻由大氣環(huán)境中的空氣從口1、2進(jìn)入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，從口3、4流出。由于這種結(jié)構(gòu)的風(fēng)機(jī)能獲得高的風(fēng)壓和效率，而且占地面積小，無(wú)需建風(fēng)機(jī)房，建設(shè)周期短、基建投資少，因此，近年來(lái)在煤礦主通風(fēng)中應(yīng)用較多，特別是在中、小型風(fēng)機(jī)中發(fā)展較快。

　　隨著煤炭行業(yè)的發(fā)展，風(fēng)機(jī)使用量越來(lái)越多，而且其功率也在向更大的方向發(fā)展，然而這也帶來(lái)一系列的問(wèn)題，例如普遍存在的電動(dòng)機(jī)不易保養(yǎng)、軸承容易損壞、調(diào)節(jié)風(fēng)量不能節(jié)能，以及大功率風(fēng)機(jī)起動(dòng)等問(wèn)題。

　　上述問(wèn)題的存在限制了此類風(fēng)機(jī)的發(fā)展，尤其是向大功率方向發(fā)展。因此風(fēng)機(jī)的發(fā)展關(guān)鍵在于電動(dòng)機(jī)技術(shù)與電氣控制技術(shù)的改進(jìn)與提升。近幾年，業(yè)內(nèi)同仁也在這方面投入了大量研究，但效果都不理想，特別是對(duì)大風(fēng)機(jī)配套電動(dòng)機(jī)及電氣的研究。

　　探索與研究解決方案

　　如何提高電動(dòng)機(jī)的技術(shù)水平和電氣控制技術(shù)水平，是此類風(fēng)機(jī)是否可靠且節(jié)能的關(guān)鍵。按照研究課題的需要，根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研，選擇了一個(gè)國(guó)有煤礦風(fēng)機(jī)擴(kuò)能改造項(xiàng)目作為研究對(duì)象，進(jìn)行了卓有成效的研究并取得了重要成果。

　　該礦原風(fēng)機(jī)為對(duì)旋風(fēng)機(jī)，總功率為2×630kW，根據(jù)該礦發(fā)展規(guī)化，五年內(nèi)將使風(fēng)量使用量zui大化，供風(fēng)總功率為2×1850kW，是目前zui大功率的對(duì)旋風(fēng)機(jī)。如果這個(gè)項(xiàng)目獲得成功，將能滿足國(guó)內(nèi)目前對(duì)對(duì)旋風(fēng)機(jī)的需求。

　　本項(xiàng)目總技術(shù)方案選擇適合風(fēng)機(jī)工況的世界的變頻器，研制大型對(duì)旋風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)。具體技術(shù)方案簡(jiǎn)要分析如下：

　　1. 變頻器的選擇

　　考慮到大功率電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)舊礦老電網(wǎng)可能產(chǎn)生的影響，以及風(fēng)機(jī)在不同風(fēng)量時(shí)的工況，選擇了變頻器控制技術(shù)。一是減輕電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)老電網(wǎng)的影響；二是可在不同的工況下實(shí)現(xiàn)節(jié)能。經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，本項(xiàng)目選擇了具有*技術(shù)的ACS5000變頻器，連續(xù)輸出功率為400～2500kW；每相輸出電壓為4kV；冷卻方式為風(fēng)冷。變頻器采用直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）技術(shù)，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩與速度控制。半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件采用IGCT，該技術(shù)具有控制模式，功率模塊簡(jiǎn)化、結(jié)構(gòu)更加緊湊合理，使所控制電動(dòng)機(jī)獲得的轉(zhuǎn)矩特性和速度特性。

　　2. 變頻器直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)

　　本變頻器采用直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）技術(shù)，DTC技術(shù)是繼矢量控制（VC）技術(shù)之后的一種新型交流變頻調(diào)速技術(shù)。逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)由電動(dòng)機(jī)的核心變量磁通和轉(zhuǎn)矩直接控制。測(cè)量的電動(dòng)機(jī)電流和直流電壓作為自適應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型的輸入，該模型每25μm產(chǎn)生一組轉(zhuǎn)矩和磁通的實(shí)際值。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩比較器將轉(zhuǎn)矩實(shí)際值與轉(zhuǎn)矩給定調(diào)節(jié)器的給定值做比較，磁通比較器將磁通實(shí)際值與磁通給定調(diào)節(jié)器的給定值做比較。依靠來(lái)自這兩個(gè)比較器的輸出，優(yōu)化脈沖選擇器決定逆變器的*開(kāi)關(guān)狀態(tài)，省掉了復(fù)雜的矢量變換與電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的簡(jiǎn)化處理。

　　3. ACS5000高壓變頻器功率模塊

　　變頻器采用36脈沖多重化整流方式。要求配套移項(xiàng)變壓器，副邊繞組采用6套次級(jí)繞組，采用沿邊三角形得到曲折接法，以滿足36脈沖輸入整流橋的要求，諧波*IEEE-519和GB/T14549諧波標(biāo)準(zhǔn)。

　　逆變器為電壓型九電平無(wú)熔斷器（VSI-MF）設(shè)計(jì)。控制方式基于DTC控制技術(shù)的ACS5000變頻器無(wú)需在電動(dòng)機(jī)側(cè)加裝碼盤(pán)，就可提供的速度和轉(zhuǎn)矩控制。

　　4. 特殊功能

　　基于電動(dòng)機(jī)銘牌上的數(shù)據(jù)，ACS5000內(nèi)部DTC電動(dòng)機(jī)模型的所有參數(shù)將自動(dòng)計(jì)算。此程序通常在調(diào)試時(shí)只需運(yùn)行一次（空載辨識(shí)時(shí)間為5min）。如果需要（例如ACS5000變頻器驅(qū)動(dòng)其他電動(dòng)機(jī)）可以隨時(shí)進(jìn)行電動(dòng)機(jī)辨識(shí)運(yùn)行。

　　ACS5000變頻器可設(shè)置多組危險(xiǎn)頻率段，在變頻器控制電動(dòng)機(jī)加速過(guò)程中，可快速跨越風(fēng)機(jī)所有危險(xiǎn)頻率段。

　　當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載未飽和時(shí)，ACS5000自動(dòng)優(yōu)化電動(dòng)機(jī)磁通，降低總體能耗和電動(dòng)機(jī)噪聲。依據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩和速度，總體效率（變頻器和電動(dòng)機(jī)）可以提高1%～10%。

　　實(shí)施與結(jié)果

　　經(jīng)過(guò)近一年的產(chǎn)品研制，設(shè)備于2009年7月份開(kāi)始試運(yùn)行，經(jīng)測(cè)定所有性能指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)的技術(shù)要求。

　　變頻器電網(wǎng)側(cè)與電動(dòng)機(jī)側(cè)的諧波符合GB/T14549要求；

　　在起動(dòng)過(guò)程中電流僅為額定電流的1.1倍，沒(méi)有強(qiáng)電流沖擊，礦區(qū)內(nèi)電網(wǎng)正常使用，未受影響；

　　系統(tǒng)能夠按照要求進(jìn)行調(diào)速，并能避開(kāi)風(fēng)機(jī)諧振點(diǎn)，順利跨越危險(xiǎn)轉(zhuǎn)速；

　　風(fēng)機(jī)的切換順利，起停之間時(shí)間減少，風(fēng)機(jī)靠能耗制動(dòng)停轉(zhuǎn)，比原來(lái)機(jī)械制動(dòng)更可靠且操作簡(jiǎn)單；

　　有效滿足了井下不同工況對(duì)風(fēng)量的要求，電動(dòng)機(jī)在60%負(fù)荷時(shí)，不需要開(kāi)關(guān)風(fēng)門(mén)大小調(diào)節(jié)，可減少輸入功率135kW；

　　電動(dòng)機(jī)的軸承運(yùn)行溫度低且平穩(wěn)，潤(rùn)滑良好。在當(dāng)?shù)貁ui高環(huán)境溫度37℃時(shí)，溫度也未超60℃。免去了過(guò)去電動(dòng)機(jī)定期注、排油脂的工作，不用擔(dān)心油脂過(guò)多或過(guò)少而引起軸承潤(rùn)滑不良的事故；

　　電動(dòng)機(jī)繞組溫度一直保持在65℃以下；

　　整個(gè)系統(tǒng)的噪聲比原來(lái)風(fēng)機(jī)噪聲降低15dB，使工作環(huán)境得到改善。

　　變頻技術(shù)成為*選擇

　　FBCDZ系列對(duì)旋風(fēng)機(jī)向更高功率的方向發(fā)展，電氣控制技術(shù)與電動(dòng)機(jī)技術(shù)是關(guān)鍵。變頻技術(shù)容易實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)起動(dòng)、方便調(diào)速，煤礦主井通風(fēng)為了滿足不同工況對(duì)風(fēng)量的要求，往往選擇較大電動(dòng)機(jī)功率，變頻技術(shù)使其節(jié)能成為*選擇。其次，風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的研究是提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行可靠的關(guān)鍵，特別是軸承結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、潤(rùn)滑方式、密封方式的選擇，以及電動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，都必須考慮電動(dòng)機(jī)使用的特殊環(huán)境，不能用一般電動(dòng)機(jī)來(lái)替代。經(jīng)過(guò)不斷地改進(jìn)和提高，大型對(duì)旋風(fēng)機(jī)技術(shù)將會(huì)日趨成熟，一種性能更加良好、更加安全可靠的煤礦通風(fēng)設(shè)備將會(huì)成為煤礦安全生產(chǎn)、節(jié)能降耗的有力支持。