試析超大功率高壓變頻器的合理應(yīng)用

王高山+郭利慶

摘 要：在技術(shù)上對(duì)主通風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)方式與運(yùn)行方式進(jìn)行改進(jìn)，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)約能源、降低消耗的目的。本文對(duì)比分析了主通風(fēng)機(jī)改進(jìn)前后運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)對(duì)主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行改進(jìn)之后，不但大大地節(jié)約了電能，而且也提高了其控制水平。本文將詳細(xì)探討在主通風(fēng)機(jī)上應(yīng)用超大功率高壓變頻器的方法以及應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：超大功率高壓變頻器;主通風(fēng)機(jī);合理應(yīng)用

中圖分類號(hào)：F426.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

某礦井公司在考慮風(fēng)流需求量以及其他要求之后，決定使用兩臺(tái)電壓為10kV、配備電動(dòng)機(jī)功率為6000kW的軸流礦用通風(fēng)機(jī)。不同的運(yùn)行工況有不同的要求，并且礦井的負(fù)壓在前后期會(huì)有很大的變化，為了解決這兩個(gè)問題，使得風(fēng)機(jī)動(dòng)葉角度能夠?qū)崿F(xiàn)停機(jī)聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)，選用了兩套具有大容量高壓變頻器的高壓變頻裝置來(lái)拖動(dòng)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)。

1.變頻控制方案

第一，變頻裝置的頻率調(diào)節(jié)性能要好，可以依照負(fù)荷的變化情況對(duì)頻率進(jìn)行及時(shí)、正確、有效的調(diào)節(jié);

第二，為了把變頻調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的頻率不滿足大于等于30Hz的諧波消除，盡量降低其對(duì)電網(wǎng)諧波的影響，變頻裝置采用了整流脈波高于48的多脈波整流;

第三，為了保護(hù)變頻裝置，設(shè)置以下幾點(diǎn)保護(hù)措施：失速保護(hù)、過電流、缺相保護(hù)、瞬間停電保護(hù)、過電壓、短路保護(hù)、電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)、欠電壓、超頻保護(hù)、半導(dǎo)體器件的過熱保護(hù)等。還要能夠有選擇性的聯(lián)跳輸入側(cè)10kV開關(guān)，可以在有故障的時(shí)候?qū)崟r(shí)報(bào)警并給風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)送故障信號(hào)，備用風(fēng)機(jī)的運(yùn)行啟動(dòng)要由風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)啟動(dòng)。

第四，變頻裝置要有進(jìn)行故障自診斷的功能，也就是能夠?qū)νL(fēng)機(jī)發(fā)生故障的位置、類型提供指示，并且為了檢修人員和運(yùn)行人員對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行辨別與解決，還要能夠?qū)收线M(jìn)行就地顯示以及進(jìn)行遠(yuǎn)方報(bào)警。

2.變頻控制的性能特點(diǎn)

2.1 可以使得系統(tǒng)的可控性大幅度的提升

自動(dòng)控制是通過上位機(jī)以及PLC控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并且風(fēng)機(jī)的振動(dòng)、風(fēng)量、壓力、高低壓配電、電動(dòng)機(jī)的各種保護(hù)、變頻器的輸出頻率、風(fēng)門開關(guān)過程等都應(yīng)該是變頻系統(tǒng)能夠監(jiān)控的范圍。

2.2 變頻裝置要兼具調(diào)速節(jié)能與通風(fēng)機(jī)軟啟動(dòng)兩種功能

由于主通風(fēng)機(jī)有很大的功率，所以如果直接啟動(dòng)通風(fēng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生非常大的電流，這將會(huì)對(duì)電網(wǎng)有嚴(yán)重的沖擊，也會(huì)嚴(yán)重威脅到電動(dòng)機(jī)的絕緣性能、風(fēng)機(jī)扇葉的絕緣性能等。如果變頻裝置具有了軟啟動(dòng)功能，就能夠消除風(fēng)機(jī)啟動(dòng)的影響和沖擊，使得扇葉軸、電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)的壽命大大地延長(zhǎng)，節(jié)省很多的維修與維護(hù)費(fèi)用。

2.3 保證最好的節(jié)能效果

為了保證扇葉角度能夠在最高效率區(qū)域內(nèi)工作，需要利用變頻裝置對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證能夠精準(zhǔn)的滿足風(fēng)機(jī)的所需風(fēng)量，也就是對(duì)風(fēng)壓、風(fēng)量所組成的工況點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證風(fēng)機(jī)能夠在最高效率區(qū)以及最佳工況點(diǎn)下運(yùn)行，以獲得較好的節(jié)能效果。

3.高壓變頻調(diào)速裝置系統(tǒng)的原理

3.1 變頻器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

H絕緣等級(jí)的干式變壓器被應(yīng)用于高壓變頻輸入側(cè)的整流變壓器，采用的是變頻單元串聯(lián)多電平技術(shù)，在電網(wǎng)的10kV高壓輸入端連接原邊繞組，選擇延邊三角設(shè)計(jì)的具有24個(gè)二次繞組的副邊，為了經(jīng)過整流之后能夠形成48脈波的二極管整流電路結(jié)構(gòu)，要將高壓變頻器的每項(xiàng)分成8個(gè)不一樣的相位組。

這8個(gè)相位組串聯(lián)后的相電壓能夠達(dá)到10kV，因?yàn)閱蝹€(gè)變頻功率單元的交流電源電壓是720V。同理，以相差120度的方法能夠使3組疊加后的相同的相電壓組成三組星型連接，這樣就得到了線間電壓是10kV的三相交流高壓。

3.2 變頻功率單元

變頻功率單元的主要原理就是其變頻器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定了這個(gè)變頻器的三相交流輸出與輸入都是720V。不可控二極管整流是其整流側(cè)，電容的濾波作用可以使輸入的三相交流整流變成直流;IGBT模塊的H橋單相逆變是其逆變側(cè)，其工作原理能夠使得直流逆變，從而得到正弦PWM單相的0-720V的交流輸出。

3.3 變頻調(diào)速裝置的控制部分

變頻器系統(tǒng)控制、功率單元檢測(cè)與保護(hù)控制構(gòu)成了變頻調(diào)速裝置的控制部分。變頻器控制系統(tǒng)的主要組成部分是上位機(jī)、PLC模板、下位機(jī)，并且其核心是控制單元。

4.超大功率高壓變頻器的應(yīng)用效果

4.1 提高了風(fēng)機(jī)的自動(dòng)化程度

超大功率高壓變頻器在通風(fēng)機(jī)上應(yīng)用之后，不僅增加了通風(fēng)機(jī)的可操作性，也使得通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)化程度大大地提高了。并且在正常運(yùn)行的時(shí)候，通風(fēng)機(jī)的噪聲減小了，不僅優(yōu)化了工作人員的工作環(huán)境，也使得采煤工人的工作條件得到了極大程度的改善。

4.2 降低了風(fēng)機(jī)的維護(hù)量

應(yīng)用變頻調(diào)速裝置之后，可以保證通風(fēng)機(jī)平穩(wěn)地啟動(dòng)，并且運(yùn)行的時(shí)候速度變低，從而能夠明顯的降低通風(fēng)機(jī)的溫度、噪聲、振動(dòng)，在這種相對(duì)較好的運(yùn)行條件下，通風(fēng)機(jī)零部件與組件的壽命都會(huì)變長(zhǎng)，從而能夠使得檢修周期變長(zhǎng)，檢修工作量降低，這樣就可以節(jié)省很多通風(fēng)機(jī)的維護(hù)支出。

4.3 有顯著的節(jié)能、節(jié)約效果

首先，通風(fēng)機(jī)應(yīng)用超大功率高壓變頻調(diào)速裝置之后，在一定的風(fēng)葉角度下，通風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)不是滿負(fù)荷，而是在高效區(qū)運(yùn)行，從而大大的減小了電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)功率，能夠節(jié)省電能;其次，調(diào)節(jié)頻率能夠保證依據(jù)需求對(duì)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速以及風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣改變了之前為了調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)工況必須使得通風(fēng)機(jī)停機(jī)，從而才可以對(duì)風(fēng)葉角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，然后再啟動(dòng)風(fēng)機(jī)的方式，通過降低通風(fēng)機(jī)的停機(jī)啟動(dòng)次數(shù)，大大地降低了通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的機(jī)電費(fèi)。

4.4 使得對(duì)電網(wǎng)的沖擊得到有效的避免

應(yīng)用超大功率高壓變頻調(diào)速裝置之后，能夠保證風(fēng)機(jī)軟啟動(dòng)，從而使得風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)電流、扭矩得到了有效的降低，這樣的情況下不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊。

5.小結(jié)

超大功率高壓變頻調(diào)速裝置被應(yīng)用于煤礦的主通風(fēng)機(jī)之后，不僅實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)機(jī)的軟啟動(dòng)，也使得通風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)電流、扭矩得到了很大程度的降低。能夠依照巷道的實(shí)際風(fēng)量需求對(duì)通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行方便的調(diào)節(jié)，既使得主通風(fēng)機(jī)消耗的電能減少了，也使得其控制水平有了一定程度的提升?？芍?，變頻調(diào)速裝置有著非常理想的應(yīng)用效果。

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