一、概述
礦井主通風機用于向井下提供新鮮風流、排除污濁空氣和有害氣體，對煤礦的安全生產影響重大。礦井主通風機全年不停地運行，其電耗量較大，平均電耗約占礦井電耗的15％。近年來，我國礦井多采用對旋式通風機，該類型風機采用交流隔爆異步電機雙電機拖動。該類型風機傳統的調節系統是根據風量所需的多少，靠調節葉片角度來實現的，這種調節必須在風機停機時才能進行，只適合較長階段的風量調節，調節起來也不方便，可調范圍也不大(一般一度為一單位)，電機全速運行，節電不明顯。另一種調節系統是調節風機電機轉速，通過比較變頻調速的方法是異步電機最有發展前途的調速方法。
淮北礦業集團公司海孜礦中央風井配置兩臺BD-II-8-№26型對旋風機，一用一備，每臺風機配置兩臺450kW、6kV防爆型鼠籠電機。因礦井通風系統變化，目前雖然風機葉片角度已調到最小，并使用風門調節風量。這樣造成風機系統運行效率低下，電能浪費驚人，運行狀況差，增加了維修工作量。
如果采用高壓交流變頻調速技術，由于兩個電機的參數一樣，可以由一臺1000kW容量的高壓變頻器控制兩臺電機，開環定速運行，風量風壓控制在滿足礦井的需要，能大大降低能耗，減少維修工作量。2006年9月，淮北礦業集團公司與北京合康億盛公司合作研制的主通風機高壓變頻調速裝置在海孜礦中央風井投入運行，效果良好。
二、利用高壓變頻器的優勢
用高壓變頻調速裝置對風機的拖動電機供電，通過改變頻率，調整風機的轉速，用降速的辦法來降低風量，直至滿足礦井需要。用一套高壓變頻調速裝置，通過切換開關，可以分別拖動兩臺風機，具有一拖二功能。如高壓變頻調速裝置出現故障，發出報警，可切換到工頻運行，保證風機不停風，不影響礦井通風。高壓變頻器采用單元串聯多電平方式，諧波成分小，功率因數高。
通過高壓變頻調速裝置，風機可以根據礦井通風需要隨時調速運行，使風機始終運行在高效區。采用計算機進行過程控制，安全可靠，維護量小。國產高壓變頻調速技術在礦井大功率通風機上的首次應用，具有其應用的特殊性，通風機停機10分鐘即為重大事故，因此對變頻器的可靠性及系統的安全性設計要求很高。海孜礦中央風井是對旋式軸流風機，起動力矩大，采用低速補償方式，使變頻器在低速時具有良好的轉矩輸出特性。通風機為一用一備，為了節省投資，采用切換柜使變頻器能在兩臺風機之間切換，實現一拖二功能。變頻器與計算機之間的通訊，采用RS485隔離端口MODBUS RTU 通訊規約，實現計算機對變頻器的監視和控制。圖一是風機供電系統圖。
三、高壓變頻調速系統原理
1、系統結構
HIVERT系列高壓變頻器采用交-直-交直接高壓（高-高）方式，主電路開關元件為IGBT。由于IGBT耐壓所限，無法直接逆變輸出6kV，而因開關頻率高、均壓難度大等技術難題無法完成直接串聯。HIVERT變頻器采用功率單元串聯，疊波升壓，充分利用常壓變頻器的成熟技術，因而具有很高的可靠性。它對電網諧波污染小，輸入功率因數高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數補償裝置；輸出波形質量好，不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機。
2、功率單元
功率單元原理見圖3，輸入電源端R、S、T接變壓器二次線圈的三相低壓輸出，三相二極管全波整流為直流環節電容充電，電容上的電壓提供給由IGBT組成的單相H形橋式逆變電路。
圖3 功率單元原理圖
四、變頻改造實現的效果：
1、節電效果顯著。改造前海孜礦中央風井風機運行效率低，在45％以下，采用高壓變頻調速裝置后，風機效率提高到78％以上，年節電92萬KWh。
2、變頻器根據設定頻率調節電動機的轉速，實現風機的轉速自動控制，投入變頻器后風機進風閘門全部打開，還可以實現風機的遠程聯網控制，實現無人操作。
3、減少了對電網的沖擊。采用變頻調節后，系統實現軟啟動，電機啟動電流不超過額定電流，啟動時間相應延長，對電網無沖擊，延長了電機及風機的使用壽命。
4、維護量減少。采用變頻調速后，由于啟動平穩，低速運行，風機的振動、噪音和溫度明顯降低，相應地延長了許多零部件，特別是密封、軸承的壽命。有效延長了檢修周期，減少了檢修維護量，節約大量維護費用。
五、結論
本項目研究成果適用于礦井軸流式（含對旋式）、離心式主扇風機。目前，我國煤礦大量主扇風機能力富裕、長期低效運行。為調整風量，采用減小進風閘門開啟高度、改變葉片角度等方法，造成大量電能的浪費。通過主扇風機的變頻調速運行，既能方便改變風機運行工況點，又能提高主扇風機運行效率、運行穩定性和自動化程度，節約大量電能。將單元裝置的IGBT等功率元件增大后，最大可滿足4000KW功率要求。