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交直交高壓變頻器在煤礦主通風機中的應用

放大字體  縮小字體 發布日期:2014-10-21     來源:[標簽:出處]     作者:[標簽:作者]     瀏覽次數:112
核心提示:

礦風井主通風機通過采用交直交高壓變頻器,實現通風機運行的變頻調速,取得顯著的節能效果,降低通風機的機械強度和電氣沖擊,延長使用壽命,提高負載功率因素,杜絕工作人員的誤操作現象,提高通風機的安全運行系數和運行周期。闡述變頻器調速的原理,介紹交直交高壓變頻器的系統結構和工作原理。

0引言

煤礦主通風機用于向井下提供新鮮風流、排除污濁空氣和有害氣體,是煤礦安全生產的主要用電設備之一,平均電耗約占煤礦電耗的15%,其節能運行在煤礦節電中占有重要的地位。煤礦主通風機在設計選型時,往往以最大開采量時所需的風量為依據,一般都留有余量,無法進行調速運行,只能通過調整風機葉片角度和風道擋板來控制風量和風壓。這種辦法雖然簡單,但很不經濟,運行中通風阻力增大造成電能的大量浪費,且通風能力余量越大浪費越大。全國各大中小型煤礦企業中,普遍存在主通風機運行效率低,浪費嚴重的問題。在風機的實際使用中,運行效率只有少數達到70%,通常為50%,少數僅為30%左右。利用變頻調速技術實現通風機的風量調節將是最理想、最有效、最節能的調節方法。

1通風機及變頻器技術參數

我礦主通風機采用南陽防爆集團有限公司的FBCDZNo.25/2×250型軸流式通風機,電機額定功率:2×250kW。變頻器采用HIVERT-Y06/077交直交高壓變頻器,額定輸入電壓:6kV,額定輸出電壓:6kV,額定輸出容量:800kVA,輸出頻率范圍:-50Hz~50Hz,頻率步進:0.01Hz,調制技術:空間矢量控制的正弦波PWM技術,冷卻方式:強迫風冷。

2變頻器原理概述

交直交高壓變頻器由移向隔離變壓器、功率單元和控制系統組成。

2.1移相隔離變壓器

移相隔離變壓器為干式變壓器,采用強迫風冷;原邊為Y接法,與進線高壓直接相連;副邊繞組為延邊三角形接法,副邊繞組間有一定的相位差。

副邊繞組為功率單元提供電源,繞組間相位差由功率單元數量及變頻器電壓等級而定。我礦采用的HIVERT-Y06/077交直交高壓變頻器每相串聯5個功率單元,單元額定電壓690V,輸出相電壓3450V,輸出線電壓6000V,移相角度12°,每相電壓有11個電壓等級。功率單元的輸出電壓經過功率單元串聯疊波升壓后,三相輸出采用Y接線,中性點懸浮,得到線電壓為6000V的可變頻三相高壓電源。串聯的功率單元在增加電壓等級數的同時,相鄰電壓等級之間的電壓變化值大為減低,減少了dv/dt對主通風機電機絕緣的破壞,并明顯降低了變頻器輸出電壓的諧波含量。

2.2功率單元

輸入電源端R、S、T接變壓器二次線圈的三相低壓輸出,三相二極管全波整流為直流環節電容充電,電容上的電壓提供給由IGBT組成的單相H形橋式逆變電路。

功率單元通過光纖接收信號,采用空間矢量正弦波脈寬調制(PWM)方式,控制IGBT的導通和關斷,輸出單相脈寬調制波形。

功率單元具有單元旁路功能,當某個單元發生熔斷器故障、過熱和IGBT故障而不能繼續工作時,該單元及其另外兩相相應位置上的單元將自動旁路,此時IGBT封鎖輸出,可控硅導通,以保證變頻器連續工作,并發出旁路告警。

每個功能單元內有獨立的一塊控制板和一塊驅動板。控制板通過光纖接收來自控制器的信號,經接收解碼器解碼后用于對IGBT及旁路開關(可選)的控制。同時,控制板上還有各種單元故障檢測電路,如過熱檢測、缺相檢測、直流母線過壓檢測、電源故障監測、光纖故障監測、驅動故障檢測等,這些故障信號經過故障編碼邏輯電路編碼后,由光纖發送回控制器,實現故障保護(接口板輸出故障保護跳閘及故障報警指示)和故障記憶(人機界面記錄并顯示故障原因、時間、位置)。

2.3控制系統

變頻器的控制系統由I/O接口板、控制器和人機界面三個部分組成。控制器由一塊電源板、三塊光纖板、一塊主控板和一塊信號板組成。

電源板可以提供±15V、+5V的電源,分別對信號板與控制板供電。

光纖板與功率單元之間采用光纖進行數據信號傳輸,每一相串聯的所有功率單元由一塊光纖板控制。光纖板周期性發出工作模式或脈寬調制(PWM)信號至功率單元。功率單元接收光纖板發出的狀態型號和觸發指令,并且在發生故障及時反饋故障信號至光纖板。

主控板與人機界面主控板通過RS232通訊端口進行數據交換,接受來自人機界面主控板的參數設置,并將變頻器運行狀態參數提供給人機界面主控板。主控板通過數字信號處理器(DSP),采用正弦空間矢量方式產生脈寬調制的三相電壓指令,實現控制電機的功能。

信號板將變頻器的輸出電流、電壓等模擬信號隔離、濾波和轉換量程,并將處理后的信號用于變頻器的保護、控制和主控板的數據采集。

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