摘 要： 針對(duì)對(duì)旋風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)方法存在的問題，采用10kV高壓變頻器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。著重介紹高壓變頻器的原理及特點(diǎn)。泉店煤礦經(jīng)半年的運(yùn)行表明，控制方便，節(jié)電顯著。

關(guān)鍵詞： 變頻器；對(duì)旋風(fēng)機(jī)；控制；節(jié)能

Application of 10kv High—voltage Frequency Converter for Counter-rotating Fan in Coal Mine

（Quandian Coal Mine，Shenhuo Coal Industry and Electricity Power Co．，Ltd，Xuchang 461 1000，China）

Abstract： As the question existing in the method of adjusting counter—rotating fan，10kv high-voltage frequencyconverter is adopted to realize remote control．The principle and characteristic of the frequency converter is mainlyintroduced．To run for half a year shows that the control is handy and the energy—saving is significant．

Key words： frequency converter；counter-rotating fan；control；economize on energy

1 問題的提出

河南神火煤電公司泉店煤礦是設(shè)計(jì)年產(chǎn)為120萬t的在建礦井，前期（15a內(nèi)）井下需求風(fēng)量及負(fù)壓較小，通風(fēng)系統(tǒng)存在較大富裕量。主要是以風(fēng)機(jī)傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)入口擋板開度來調(diào)節(jié)風(fēng)量，經(jīng)濟(jì)效益差、能耗大、設(shè)備損壞嚴(yán)重、維修難度大、運(yùn)行費(fèi)用高。目前該礦選用的兩臺(tái)燕京礦山設(shè)備有限公司生產(chǎn)的FBDCZ．8．N029對(duì)旋風(fēng)機(jī)配備了4臺(tái)佳木斯電機(jī)公司生產(chǎn)的630kW的隔爆型異步電機(jī)，可以滿足礦井中后期通風(fēng)負(fù)壓5600Pa的需要，建設(shè)時(shí)期僅需1180Pa負(fù)壓，但這種“大馬拉小車”現(xiàn)象嚴(yán)重，功效極低。為此，利用變頻調(diào)速技術(shù)改變?cè)O(shè)備的運(yùn)行速度，以調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小，既滿足生產(chǎn)要求，又達(dá)到節(jié)約電能，同時(shí)減少因調(diào)節(jié)擋板而造成擋板和管道的磨損、以及經(jīng)常停機(jī)檢修所造成的經(jīng)濟(jì)損失。

2 變頻工作方式

變頻工作方式是指管網(wǎng)特性曲線保持不變，而改變風(fēng)機(jī)的特性曲線。通常采取的方式是保持管網(wǎng)特性曲線不變，即不改變風(fēng)機(jī)出口的大小，而改變風(fēng)機(jī)的特性曲線，即改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到改變風(fēng)量的目的。

風(fēng)機(jī)特性如圖1所示。

風(fēng)機(jī)工作在A點(diǎn)時(shí)，其功率為PA=H1×Q1／102；風(fēng)機(jī)工作在B點(diǎn)時(shí)，其功率為PB=H2×Q2／102。因Q2H1，故PA與為PB的值變化較大，說明采用變工頻工作方式時(shí)，改變風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，風(fēng)機(jī)的軸功率減小很大，節(jié)能效果顯著。由流體力學(xué)的原理可知，電機(jī)轉(zhuǎn)速與流量、壓力、耗能的關(guān)系如下：

輸出流量Q與轉(zhuǎn)速n的1次方成正比：

Ql／Q2=n1／n2 （1）

輸出壓力H與轉(zhuǎn)速n的2次方成正比：

Hl／H2=（nl／n2）2 （2）

輸出軸功率P與轉(zhuǎn)速n的3次方成正比：

P1／P2= （nl／n2）3 （3）

由此，通過調(diào)速方式改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量，當(dāng)風(fēng)量下降20％時(shí)，風(fēng)機(jī)軸功率將下降49％，說明變頻調(diào)速在風(fēng)機(jī)應(yīng)用上節(jié)能十分顯著。

3 高壓變頻器原理及特點(diǎn)

（1）基本原理

HARSVERT高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用“高-高”直接變換形式，為單元串聯(lián)多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)由多組功率模塊串聯(lián)而成，由各組低壓疊加而產(chǎn)生需要的高壓輸出，它對(duì)電網(wǎng)諧波污染小，總諧波畸變小于4％，直接滿足IEEE519．1992的諧波抑制標(biāo)準(zhǔn)，輸入功率因數(shù)高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補(bǔ)償裝置；輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、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(jī)，6kV為5級(jí)模塊串聯(lián)，共15個(gè)功率單元；10kV每個(gè)系統(tǒng)共有24個(gè)功率單元，每8個(gè)功率單元串連構(gòu)成一相。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

逆變器輸出采用多電平移相式PWM技術(shù)，同一相的功率單元輸出相同幅值和相位的基波電壓，但串聯(lián)各單元的載波之間互相錯(cuò)開一定電角度，實(shí)現(xiàn)多電平PWM，輸出電壓非常接近正弦波。輸出電壓每個(gè)電平臺(tái)階只有單元直流母線電壓大小，所以du／dt很小。功率單元采用相對(duì)較低的開關(guān)頻率，以降低開關(guān)損耗，提高效率，變頻器額定效率可大98％，考慮輸入變壓器后的總體效率仍在97％以上。由于采用移相式PWM，電機(jī)電壓的等效開關(guān)頻率大大提高，且輸出電平數(shù)增加。6kV系列為5級(jí)模塊串聯(lián)，輸出相電壓為11電平；10kV系列為8級(jí)模塊串聯(lián)，輸出相電壓為17電平。電平數(shù)和等效開關(guān)頻率的增加有利于改善輸出波形，降低輸出諧波，由諧波引起的電機(jī)發(fā)熱，噪音和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)都大大降低所以這種變頻器對(duì)電機(jī)沒有特殊要求，可直接用于普通異步電機(jī)。

（2）主要特點(diǎn)

與普通采用高壓器件直接串聯(lián)的電流源型變頻器及三電平電壓源型變頻器相比，由于采用功率單元串聯(lián)，器件承受的最高電壓為單元內(nèi)直流母線的電壓，器件不必串聯(lián)，不存在器件串聯(lián)引起的均壓?jiǎn)栴}。功率單元中采用常規(guī)IGBT功率模塊，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟可靠。功率單元采用模塊化結(jié)構(gòu)，同一變頻器內(nèi)的所有功率單元可以互換，維修也非常方便。由于采用功率單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)，故可以采取功率單元旁路選件，當(dāng)功率單元故障時(shí)，控制系統(tǒng)可以將故障單元自動(dòng)旁路，變頻器仍可降額繼續(xù)運(yùn)行，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

4 結(jié)語

主扇風(fēng)機(jī)安裝變頻控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)機(jī)的自動(dòng)閉環(huán)控制其變頻傳動(dòng)裝置調(diào)速范圍為O一5OHz，可長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行在3O一50Hz之間，實(shí)現(xiàn)了就地及遠(yuǎn)程控制風(fēng)機(jī)啟、停和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，不僅滿足了礦井在不同負(fù)壓和風(fēng)量情況下的通風(fēng)要求，而且使通風(fēng)機(jī)在整個(gè)工作范圍內(nèi)的性能曲線平穩(wěn)，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠，效率高，同時(shí)變頻調(diào)速裝置可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換到備用變頻裝置或自動(dòng)切換到備用電機(jī)。通過半年來的跟蹤觀察，該系統(tǒng)控制方便，節(jié)電顯著，半年共節(jié)約電量81．2萬kWh，節(jié)約費(fèi)用52．78萬元。

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