摘 要： 針對對旋風機調節(jié)方法存在的問題，采用10kV高壓變頻器實現(xiàn)遠程控制。著重介紹高壓變頻器的原理及特點。泉店煤礦經半年的運行表明，控制方便，節(jié)電顯著。
關鍵詞： 變頻器；對旋風機；控制；節(jié)能
Application of 10kv High—voltage Frequency Converter for Counter-rotating Fan in Coal Mine
REN Zhong-qi，CUI Zhong
（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計年產為120萬t的在建礦井，前期（15a內）井下需求風量及負壓較小，通風系統(tǒng)存在較大富裕量。主要是以風機傳統(tǒng)的調節(jié)方式調節(jié)入口擋板開度來調節(jié)風量，經濟效益差、能耗大、設備損壞嚴重、維修難度大、運行費用高。目前該礦選用的兩臺燕京礦山設備有限公司生產的FBDCZ．8．N029對旋風機配備了4臺佳木斯電機公司生產的630kW的隔爆型異步電機，可以滿足礦井中后期通風負壓5600Pa的需要，建設時期僅需1180Pa負壓，但這種“大馬拉小車”現(xiàn)象嚴重，功效極低。為此，利用變頻調速技術改變設備的運行速度，以調節(jié)風量的大小，既滿足生產要求，又達到節(jié)約電能，同時減少因調節(jié)擋板而造成擋板和管道的磨損、以及經常停機檢修所造成的經濟損失。
2 變頻工作方式
變頻工作方式是指管網特性曲線保持不變，而改變風機的特性曲線。通常采取的方式是保持管網特性曲線不變，即不改變風機出口的大小，而改變風機的特性曲線，即改變風機的轉速，達到改變風量的目的。
風機特性如圖1所示。
風機工作在A點時，其功率為PA=H1×Q1／102；風機工作在B點時，其功率為PB=H2×Q2／102。因Q2<Q1，而且H2>H1，故PA與為PB的值變化較大，說明采用變工頻工作方式時，改變風機的風量，風機的軸功率減小很大，節(jié)能效果顯著。由流體力學的原理可知，電機轉速與流量、壓力、耗能的關系如下：
輸出流量Q與轉速n的1次方成正比：
Ql／Q2=n1／n2 （1）
輸出壓力H與轉速n的2次方成正比：
Hl／H2=（nl／n2）2 （2）
輸出軸功率P與轉速n的3次方成正比：
P1／P2= （nl／n2）3 （3）
由此，通過調速方式改變風機風量，當風量下降20％時，風機軸功率將下降49％，說明變頻調速在風機應用上節(jié)能十分顯著。
3 高壓變頻器原理及特點
（1）基本原理
HARSVERT高壓變頻調速系統(tǒng)采用“高-高”直接變換形式，為單元串聯(lián)多電平拓撲結構，主體結構由多組功率模塊串聯(lián)而成，由各組低壓疊加而產生需要的高壓輸出，它對電網諧波污染小，總諧波畸變小于4％，直接滿足IEEE519．1992的諧波抑制標準，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(fā)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，6kV為5級模塊串聯(lián)，共15個功率單元；10kV每個系統(tǒng)共有24個功率單元，每8個功率單元串連構成一相。
系統(tǒng)結構如圖2所示。
逆變器輸出采用多電平移相式PWM技術，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開一定電角度，實現(xiàn)多電平PWM，輸出電壓非常接近正弦波。輸出電壓每個電平臺階只有單元直流母線電壓大小，所以du／dt很小。功率單元采用相對較低的開關頻率，以降低開關損耗，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，電機電壓的等效開關頻率大大提高，且輸出電平數增加。6kV系列為5級模塊串聯(lián)，輸出相電壓為11電平；10kV系列為8級模塊串聯(lián)，輸出相電壓為17電平。電平數和等效開關頻率的增加有利于改善輸出波形，降低輸出諧波，由諧波引起的電機發(fā)熱，噪音和轉矩脈動都大大降低所以這種變頻器對電機沒有特殊要求，可直接用于普通異步電機。
（2）主要特點
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)引起的均壓問題。功率單元中采用常規(guī)IGBT功率模塊，驅動電路簡單，技術成熟可靠。功率單元采用模塊化結構，同一變頻器內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)結構，故可以采取功率單元旁路選件，當功率單元故障時，控制系統(tǒng)可以將故障單元自動旁路，變頻器仍可降額繼續(xù)運行，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。
4 結語
主扇風機安裝變頻控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對風機的自動閉環(huán)控制其變頻傳動裝置調速范圍為O一5OHz，可長期穩(wěn)定運行在3O一50Hz之間，實現(xiàn)了就地及遠程控制風機啟、停和轉速調節(jié)，不僅滿足了礦井在不同負壓和風量情況下的通風要求，而且使通風機在整個工作范圍內的性能曲線平穩(wěn)，運轉穩(wěn)定可靠，效率高，同時變頻調速裝置可實現(xiàn)自動切換到備用變頻裝置或自動切換到備用電機。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)約費用52．78萬元。
參考文獻：
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