摘 要： 針對對旋風機調節方法存在的問題，采用10kV高壓變頻器實現遠程控制。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，節電顯著。

關鍵詞： 變頻器；對旋風機；控制；節能

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，通風系統存在較大富裕量。主要是以風機傳統的調節方式調節入口擋板開度來調節風量，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，以調節風量的大小，既滿足生產要求，又達到節約電能，同時減少因調節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Q2H1，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高壓變頻調速系統采用“高-高”直接變換形式，為單元串聯多電平拓撲結構，主體結構由多組功率模塊串聯而成，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，共15個功率單元；10kV每個系統共有24個功率單元，每8個功率單元串連構成一相。

系統結構如圖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，但串聯各單元的載波之間互相錯開一定電角度，實現多電平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，輸出相電壓為11電平；10kV系列為8級模塊串聯，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，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，不存在器件串聯引起的均壓問題。功率單元中采用常規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，控制系統可以將故障單元自動旁路，變頻器仍可降額繼續運行，大大提高了系統的可靠性。

4 結語

主扇風機安裝變頻控制系統實現了對風機的自動閉環控制其變頻傳動裝置調速范圍為O一5OHz，可長期穩定運行在3O一50Hz之間，實現了就地及遠程控制風機啟、停和轉速調節，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，運轉穩定可靠，效率高，同時變頻調速裝置可實現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，該系統控制方便，節電顯著，半年共節約電量81．2萬kWh，節約費用52．78萬元。

參考文獻：

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