試析超大功率高壓變頻器的合理應用

王高山+郭利慶

摘 要：在技術上對主通風機的啟動方式與運行方式進行改進，能夠實現節約能源、降低消耗的目的。本文對比分析了主通風機改進前后運行狀況，發現對主通風機進行改進之后，不但大大地節約了電能，而且也提高了其控制水平。本文將詳細探討在主通風機上應用超大功率高壓變頻器的方法以及應用效果。

關鍵詞：超大功率高壓變頻器;主通風機;合理應用

中圖分類號：F426.7 文獻標識碼：A

某礦井公司在考慮風流需求量以及其他要求之后，決定使用兩臺電壓為10kV、配備電動機功率為6000kW的軸流礦用通風機。不同的運行工況有不同的要求，并且礦井的負壓在前后期會有很大的變化，為了解決這兩個問題，使得風機動葉角度能夠實現停機聯動調節，選用了兩套具有大容量高壓變頻器的高壓變頻裝置來拖動兩臺風機。

1.變頻控制方案

第一，變頻裝置的頻率調節性能要好，可以依照負荷的變化情況對頻率進行及時、正確、有效的調節;

第二，為了把變頻調速系統產生的頻率不滿足大于等于30Hz的諧波消除，盡量降低其對電網諧波的影響，變頻裝置采用了整流脈波高于48的多脈波整流;

第三，為了保護變頻裝置，設置以下幾點保護措施：失速保護、過電流、缺相保護、瞬間停電保護、過電壓、短路保護、電動機過載保護、欠電壓、超頻保護、半導體器件的過熱保護等。還要能夠有選擇性的聯跳輸入側10kV開關，可以在有故障的時候實時報警并給風機控制系統發送故障信號，備用風機的運行啟動要由風機控制系統來啟動。

第四，變頻裝置要有進行故障自診斷的功能，也就是能夠對通風機發生故障的位置、類型提供指示，并且為了檢修人員和運行人員對出現的問題進行辨別與解決，還要能夠對故障進行就地顯示以及進行遠方報警。

2.變頻控制的性能特點

2.1 可以使得系統的可控性大幅度的提升

自動控制是通過上位機以及PLC控制器來實現的，并且風機的振動、風量、壓力、高低壓配電、電動機的各種保護、變頻器的輸出頻率、風門開關過程等都應該是變頻系統能夠監控的范圍。

2.2 變頻裝置要兼具調速節能與通風機軟啟動兩種功能

由于主通風機有很大的功率，所以如果直接啟動通風機會產生非常大的電流，這將會對電網有嚴重的沖擊，也會嚴重威脅到電動機的絕緣性能、風機扇葉的絕緣性能等。如果變頻裝置具有了軟啟動功能，就能夠消除風機啟動的影響和沖擊，使得扇葉軸、電動機、風機的壽命大大地延長，節省很多的維修與維護費用。

2.3 保證最好的節能效果

為了保證扇葉角度能夠在最高效率區域內工作，需要利用變頻裝置對風機轉速進行調節，保證能夠精準的滿足風機的所需風量，也就是對風壓、風量所組成的工況點進行調節，保證風機能夠在最高效率區以及最佳工況點下運行，以獲得較好的節能效果。

3.高壓變頻調速裝置系統的原理

3.1 變頻器的拓撲結構

H絕緣等級的干式變壓器被應用于高壓變頻輸入側的整流變壓器，采用的是變頻單元串聯多電平技術，在電網的10kV高壓輸入端連接原邊繞組，選擇延邊三角設計的具有24個二次繞組的副邊，為了經過整流之后能夠形成48脈波的二極管整流電路結構，要將高壓變頻器的每項分成8個不一樣的相位組。

這8個相位組串聯后的相電壓能夠達到10kV，因為單個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撲結構決定了這個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，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，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 變頻調速裝置的控制部分

變頻器系統控制、功率單元檢測與保護控制構成了變頻調速裝置的控制部分。變頻器控制系統的主要組成部分是上位機、PLC模板、下位機，并且其核心是控制單元。

4.超大功率高壓變頻器的應用效果

4.1 提高了風機的自動化程度

超大功率高壓變頻器在通風機上應用之后，不僅增加了通風機的可操作性，也使得通風機的自動化程度大大地提高了。并且在正常運行的時候，通風機的噪聲減小了，不僅優化了工作人員的工作環境，也使得采煤工人的工作條件得到了極大程度的改善。

4.2 降低了風機的維護量

應用變頻調速裝置之后，可以保證通風機平穩地啟動，并且運行的時候速度變低，從而能夠明顯的降低通風機的溫度、噪聲、振動，在這種相對較好的運行條件下，通風機零部件與組件的壽命都會變長，從而能夠使得檢修周期變長，檢修工作量降低，這樣就可以節省很多通風機的維護支出。

4.3 有顯著的節能、節約效果

首先，通風機應用超大功率高壓變頻調速裝置之后，在一定的風葉角度下，通風機的工作狀態不是滿負荷，而是在高效區運行，從而大大的減小了電動機的實時功率，能夠節省電能;其次，調節頻率能夠保證依據需求對風機的轉速以及風量進行調節，這樣改變了之前為了調節風機工況必須使得通風機停機，從而才可以對風葉角度進行調節，然后再啟動風機的方式，通過降低通風機的停機啟動次數，大大地降低了通風機啟動時的機電費。

4.4 使得對電網的沖擊得到有效的避免

應用超大功率高壓變頻調速裝置之后，能夠保證風機軟啟動，從而使得風機的啟動電流、扭矩得到了有效的降低，這樣的情況下不會對電網造成沖擊。

5.小結

超大功率高壓變頻調速裝置被應用于煤礦的主通風機之后，不僅實現了通風機的軟啟動，也使得通風機的啟動電流、扭矩得到了很大程度的降低。能夠依照巷道的實際風量需求對通風機的運行速度進行方便的調節，既使得主通風機消耗的電能減少了，也使得其控制水平有了一定程度的提升。可知，變頻調速裝置有著非常理想的應用效果。

參考文獻：

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[2]盧東輝，楊長華，沈靜云等.DHVECTOL大功率高壓變頻器在國產超臨界機組引風機系統中的成功應用[J].自動化應用，2011，（2）：30-32.