采用網路風阻的方法雖然可以調節風量,但在滿足風量的同時,礦井的負壓會成倍增加,主扇風機的大部分功率被消耗在垂直閘門上,造成大量能量的損失;改變風葉的安裝角度同樣可以達到調節風量的效果,且礦井的負壓也能滿足要求,但電機的出力總不能達到滿負荷的狀態,因此負荷率低,功率因數低,且操作費時費力。我們知道,風機輸出的風量與電動機的轉速成正比,所以,通過改變風機的轉速來調節電動機的軸功率使之與實際負荷相匹配,不但能滿足風量要求,也能使礦井負壓降低到一定程度,同時風機的運轉效率也得到了大大提高,從而節約了電能,這就是主扇風機的變頻調速。
風機采用變頻調速后的節電效果計算甘肅華亭煤電股份公司東峽煤礦2004年改造后的主扇風機在工頻和變頻兩種風量控制方式下的參數對比見。其他優越性煤礦主扇風機采用變頻調速的好處不僅是節電,除此之外,它還能實現電機的軟啟動、輸出功率與負載之間的匹配、風機的閉環運行及反風操作簡便等,而且風機噪聲大大降低,故有著長遠的經濟與社會效益。提升絞車采用變頻調速提升絞車是煤礦提升和下放物料、運送人員的重要大型設備,由于該設備啟停頻繁,負荷變化大,運行速度要求非常嚴格,所以從技術上對絞車的電氣控制有很高的要求。然而這種調速方法也有缺陷,就是調速過程中產生大量的轉差功率,并消耗在轉子回路,使轉子發熱,因此,調速經濟性較差、啟動電流較大,啟動力矩較小、加減速階段的加速度較大,產生機械沖擊,機械特性較差、控制電路復雜,排除故障麻煩、調速范圍小,控制精度低、安全可靠性差等。
隨著控制技術、電力電子技術、微電子技術和計算機技術的飛速發展,一種全數字、環保型、智能化的絞車調速控制系統,高壓變頻控制系統應運而生。節能分析老式的絞車是采用繞線電機轉子回路附加電阻實現調速的,在調速的過程中,就會把一部分能量消耗在轉子回路串接的電阻上。而采用變頻器后,絞車的速度是由頻率f的變化來實現的,需要多大的速度,就給定相應的頻率,沒有附加電阻環節,因此就沒有別的能量消耗。也就是說,絞車采用變頻調速后,就把消耗在電阻上的這部分電能節省了下來。
下面以斜井絞車轉子串八段電阻的原TKD控制系統為例加以分析。1)啟動及加速階段絞車啟動初期,電機完全串入8段電阻開始緩慢啟動,之后隨著速度的加快,轉子回路自動切除13級預備級電阻,絞車速度繼續加快,直至完全切除所有電阻,并在最大速度下運行。這個階段是由電流和時間參與速度控制的,速度的調節是以消耗電能為代價實現的。采用變頻調速則不然,其速度的給定是由頻率來決定的,沒有附加的東西參與控制。所以這部分電能就完全可以節省下來。(2)減速停車階段和加速過程相反,當接近減速點時,全速運行的絞車自動串入3段電阻,絞車低于最大速度運行,接近停車位置時由司機控制逐級串入所有電阻直至停車。(3)人車運行期間按道理,人車在正力提升和動力制動方式下放過程中,轉子回路的附加電阻是完全可以切除的,絞車可以在設計速度下運行,只要其速度不超過5煤礦安全規程6所規定的5m/s就行。但實際上,為了確保人車運行安全,大多數礦井對絞車速度是嚴格限制的,如2m/s或3m/s等,所以絞車的速度是低于設計速度運行的,這樣在人車運行的全時段,轉子回路所串的電阻不能全部切除,尚有34段電阻仍在消耗電能。所以在人車運行期間,用時最長,耗能最大。(4)提升特殊物料期間煤礦有好多超長、超寬的不便拆卸的設備,為安全起見,這些設備在下放和提升階段需要以較慢的速度(一般規定為12m/s)運行,只要絞車不全速運行,就必須串入電阻,自然就會有電能消耗。(5)正力下放階段傳統的絞車在正力下放位能負載(物料、人車等)的過程中,只要在提升機全速運行且速度大于繞線電機的額定轉速時,才實現能量反饋,并使絞車穩定運行于某一速度。而采用變頻調速的絞車則不然,因為其同步轉速是隨時變化著的,在位能負載的拖動下,其下放速度隨時會超過其同步轉速而實現能量反饋。
綜上所述,采用變頻調速的絞車與原系統相比,至少有1/41/3的區段是節能運行的,節能效果相當可觀。