通過對煤礦FBCDZ系列大型對旋風機配套電動機、電器在發展過程中暴露出來的問題進行分析，找到了一種解決問題的技術方案。變頻技術與專用電動機技術的研究與應用，使大型對旋風機的發展有了重大突破，新方案的實施對于煤礦的安全生產、改善環境，以及節能降耗起到了積極的推動作用。

　　FBCDZ系列風機是防爆抽出式對旋軸流通風機，主要用于煤礦井下主通風。結構原理如圖所示，其將兩臺相同功率的電動機安裝在風機流道中央，并在面對面布置的電動機軸伸上直聯兩個大風扇，稱為Ⅰ級風機和Ⅱ級風機，兩風機旋向相反。風機在運行中，將來自井下的含瓦斯空氣抽出，風經電動機外隔流罩四周通道流出。電動機的冷卻由大氣環境中的空氣從口1、2進入電動機內部，從口3、4流出。由于這種結構的風機能獲得高的風壓和效率，而且占地面積小，無需建風機房，建設周期短、基建投資少，因此，近年來在煤礦主通風中應用較多，特別是在中、小型風機中發展較快。

　　隨著煤炭行業的發展，風機使用量越來越多，而且其功率也在向更大的方向發展，然而這也帶來一系列的問題，例如普遍存在的電動機不易保養、軸承容易損壞、調節風量不能節能，以及大功率風機起動等問題。

　　上述問題的存在限制了此類風機的發展，尤其是向大功率方向發展。因此風機的發展關鍵在于電動機技術與電氣控制技術的改進與提升。近幾年，業內同仁也在這方面投入了大量研究，但效果都不理想，特別是對大風機配套專用電動機及電氣的研究。

　　探索與研究解決方案

　　如何提高電動機的技術水平和電氣控制技術水平，是此類風機是否可靠且節能的關鍵。按照研究課題的需要，根據市場調研，選擇了一個國有煤礦風機擴能改造項目作為研究對象，進行了卓有成效的研究并取得了重要成果。

　　該礦原風機為對旋風機，總功率為2×630kW，根據該礦發展規化，五年內將使風量使用量最大化，供風總功率為2×1850kW，是目前最大功率的對旋風機。如果這個項目獲得成功，將能滿足國內目前對對旋風機的需求。

　　本項目總技術方案選擇適合風機工況的世界最先進的變頻器，研制大型對旋風機專用電動機。具體技術方案簡要分析如下：

　　1. 變頻器的選擇

　　考慮到大功率電動機起動時對舊礦老電網可能產生的影響，以及風機在不同風量時的工況，選擇了變頻器控制技術。一是減輕電動機起動時對老電網的影響；二是可在不同的工況下實現節能。經過反復論證，本項目選擇了具有國際先進技術的ACS5000變頻器，連續輸出功率為400～2500kW；每相輸出電壓為4kV；冷卻方式為風冷。變頻器采用直接轉矩控制（DTC）技術，對電動機進行轉矩與速度控制。半導體開關器件采用IGCT，該技術具有控制模式，功率模塊簡化、結構更加緊湊合理，使所控制電動機獲得卓越的轉矩特性和速度特性。

　　2. 變頻器直接轉矩控制技術

　　本變頻器采用直接轉矩控制（DTC）技術，DTC技術是繼矢量控制（VC）技術之后的一種新型交流變頻調速技術。逆變器的開關狀態由電動機的核心變量磁通和轉矩直接控制。測量的電動機電流和直流電壓作為自適應電動機模型的輸入，該模型每25μm產生一組精確轉矩和磁通的實際值。電動機轉矩比較器將轉矩實際值與轉矩給定調節器的給定值做比較，磁通比較器將磁通實際值與磁通給定調節器的給定值做比較。依靠來自這兩個比較器的輸出，優化脈沖選擇器決定逆變器的最佳開關狀態，省掉了復雜的矢量變換與電動機數學模型的簡化處理。

　　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。要求配套移項變壓器，副邊繞組采用6套次級繞組，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，諧波完全滿足IEEE-519和GB/T14549諧波標準。

　　逆變器為電壓型九電平無熔斷器（VSI-MF）設計。控制方式基于DTC控制技術的ACS5000變頻器無需在電動機側加裝碼盤，就可提供精確的速度和轉矩控制。

　　4. 特殊功能

　　基于電動機銘牌上的數據，ACS5000內部DTC電動機模型的所有參數將自動計算。此程序通常在調試時只需運行一次（空載辨識時間為5min）。如果需要（例如ACS5000變頻器驅動其他電動機）可以隨時進行電動機辨識運行。

　　ACS5000變頻器可設置多組危險頻率段，在變頻器控制電動機加速過程中，可快速跨越風機所有危險頻率段。

　　當電動機負載未飽和時，ACS5000自動優化電動機磁通，降低總體能耗和電動機噪聲。依據負載轉矩和速度，總體效率（變頻器和電動機）可以提高1%～10%。

　　實施與結果

　　經過近一年的產品研制，設備于2009年7月份開始試運行，經測定所有性能指標均達到了設計的技術要求。

　　變頻器電網側與電動機側的諧波符合GB/T14549要求；

　　在起動過程中電流僅為額定電流的1.1倍，沒有強電流沖擊，礦區內電網正常使用，未受影響；

　　系統能夠按照要求進行調速，并能避開風機諧振點，順利跨越危險轉速；

　　風機的切換順利，起停之間時間減少，風機靠能耗制動停轉，比原來機械制動更可靠且操作簡單；

　　有效滿足了井下不同工況對風量的要求，電動機在60%負荷時，不需要開關風門大小調節，可減少輸入功率135kW；

　　電動機的軸承運行溫度低且平穩，潤滑良好。在當地最高環境溫度37℃時，溫度也未超60℃。免去了過去電動機定期注、排油脂的工作，不用擔心油脂過多或過少而引起軸承潤滑不良的事故；

　　電動機繞組溫度一直保持在65℃以下；

　　整個系統的噪聲比原來風機噪聲降低15dB，使工作環境得到改善。

　　變頻技術成為最佳選擇

　　FBCDZ系列對旋風機向更高功率的方向發展，電氣控制技術與專用電動機技術是關鍵。變頻技術容易實現平穩起動、方便調速，煤礦主井通風為了滿足不同工況對風量的要求，往往選擇較大電動機功率，變頻技術使其節能成為最佳選擇。其次，風機專用電動機的研究是提高風機運行可靠的關鍵，特別是軸承結構的設計、潤滑方式、密封方式的選擇，以及電動機的冷卻系統的設計，都必須考慮電動機使用的特殊環境，不能用一般電動機來替代。經過不斷地改進和提高，大型對旋風機技術將會日趨成熟，一種性能更加良好、更加安全可靠的煤礦通風設備將會成為煤礦安全生產、節能降耗的有力支持。