摘 要： 針對對旋風(fēng)機調(diào)節(jié)方法存在的問題，采用10kV高壓變頻器實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。著重介紹高壓變頻器的原理及特點。泉店煤礦經(jīng)半年的運行表明，控制方便，節(jié)電顯著。
關(guān)鍵詞： 變頻器；對旋風(fēng)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(shè)計年產(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)濟效益差、能耗大、設(shè)備損壞嚴(yán)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(shè)備有限公司生產(chǎn)的FBDCZ．8．N029對旋風(fēng)機配備了4臺佳木斯電機公司生產(chǎn)的630kW的隔爆型異步電機，可以滿足礦井中后期通風(fēng)負(fù)壓5600Pa的需要，建設(shè)時期僅需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)改變設(shè)備的運行速度，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)常停機檢修所造成的經(jīng)濟損失。
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)機出口的大小，而改變風(fēng)機的特性曲線，即改變風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，達(dá)到改變風(fēng)量的目的。
風(fēng)機特性如圖1所示。
風(fēng)機工作在A點時，其功率為PA=H1×Q1／102；風(fēng)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(fēng)機的風(fēng)量，風(fēng)機的軸功率減小很大，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)機風(fēng)量，當(dāng)風(fēng)量下降20％時，風(fēng)機軸功率將下降49％，說明變頻調(diào)速在風(fēng)機應(yīng)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(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)補償裝置；輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)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(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(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(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，由諧波引起的電機發(fā)熱，噪音和轉(zhuǎn)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(nèi)直流母線的電壓，器件不必串聯(lián)，不存在器件串聯(lián)引起的均壓問題。功率單元中采用常規(guī)IGBT功率模塊，驅(qū)動電路簡單，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，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(jié)語
主扇風(fēng)機安裝變頻控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對風(fēng)機的自動閉環(huán)控制其變頻傳動裝置調(diào)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(yuǎn)程控制風(fēng)機啟、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)機在整個工作范圍內(nèi)的性能曲線平穩(wěn)，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠，效率高，同時變頻調(diào)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。
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（轉(zhuǎn)載）
