三電平H橋級聯高壓變頻器在煤礦通風機上的應用

肖海勃+秦振

摘 要：變頻調速技術具有節能、高效等諸多優點，煤礦風機變頻調速技術的應用適用于煤礦工作環境。本文主要是介紹一種新型三電平H橋級聯高壓變頻器技術的原理和特點，進而闡述其應用以及發展前景。

關鍵詞：三電平；H橋級聯；高壓變頻器；通風機

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.051

1 概述

隨著電力電子技術、微電子技術、現代控制理論的發展，變頻器在國民工業領域上得到了廣泛的應用。在煤礦風機調速上，采用變頻調速，具有電機啟動電流小，調速精度高，調速方便，節能顯著，是礦井通風機調速節能的理想方法。河南安陽龍山礦通風機電機選配YBF5M1-8 355kW×2 ， 6kV風機專用隔爆型三相異步電動機，變頻器采用徐州中礦大傳動與自動化公司生產的HVD1000三電平電平技術。該變頻器具有功率器件少、結構簡單，維護方便，運行可靠，諧波小，功率因數高等特點。

2 HVD1000變頻器原理

2.1 主回路結構

HVD1000緊湊型變頻器采用三電平單元混聯技術，屬于交-直-交、高-高方式變頻器，全部功率單元分為數量相同的三組，組內串聯。電網高壓電壓經過移相變壓器隔離分組輸出具有一定相位差的低電壓，為串聯的功率單元供電。在功率單元內經過12脈動不控整流后，功率單元逆變輸出單相交流電壓，通過每相各單元的串聯實現高壓輸出三相Y型輸出，輸出電平數達到25個電平，輸出波形接近完美正弦波。圖1為HVD1000型變頻器系統結構圖。

2.2 移相變壓器

三電平H橋級聯變頻器整流采用多重化整流技術，因此采用移相變壓器作為整流變壓器，移相的目的是使整流變壓器二次繞組的同名端線電壓之間有一個相位移，移相變壓器的二次側分為多繞組形式，每個繞組采用延邊三角形移相。變頻器輸入側每一相有3對三相移相繞組，各移相組的角差為10°，使網側具有較高的功率因數。

2.3 變頻器功率單元

三電平H橋級聯變頻器的每一個功率單元的輸入部分采用2個三相全橋整流橋串聯，2組三相交流電源通過整流橋，形成12脈波電壓，支撐電容采用自愈式薄膜電容，從而得到三電平H橋逆變電路所需要的正、負、零母線，輸出逆變部分為三電平二極管鉗位電路。圖2為一個功率單元結構圖。

2.4 變頻器控制器

全數字變頻矢量控制器采用結構，以32位數字信號處理器為核心，實現：速度閉環控制、單位功率因數控制、變頻矢量控制、電流閉環控制，故障診斷等功能。在控制方式上，通過高性能矢量控制算法，將功率變換裝置和電機作為整體考慮，實現高性能調速的前提下，對網側功率因數、網側諧波、電機定子側、網側功率因數等系統關鍵指標進行調控，滿足系統運行在較低的開關頻率、較小的進線電抗實現能量流動、單位功率因數控制、正弦的網側電流，使變頻器對電網無污染。

3 現場應用情況

安陽龍山礦選用中礦大傳動與自動化有限公司HVD1000光變頻器2套，2016年6月一次投運成功。變頻運行后，風門全部打開，運行頻率25Hz左右，不僅完全滿足煤礦生產工藝要求，而且用戶操作非常方便。變頻器運行穩定。節能顯著。與傳統全壓運行方式相比，節能在40%以上。采用變頻運行，風機的大部分時間工作在低速狀態下，降低了風機的機械強度和電氣沖擊，延長了風機壽命，提高了風機的安全運行系數和運行周期。改善了現場工作環境，降低了操作過程中的故障率。

4 結束語

徐州中礦大傳動與自動公司HVD1000型高壓變頻器在安陽龍山礦的到了成功應用，其系統結構簡單，性能穩定、節能效果明顯，可以根據用風量的多少進行調節風機轉速，提高運行經濟性。該變頻器也可以廣泛的應用到電力、冶金、石化、水泥、等高壓電機驅動的行業，具有廣泛的應用前景。

參考文獻：

[1]姚福強，高正中，孫惠民，高正商.煤礦壓風機變頻調速系統的設計[J].煤礦機械，2003（12）：1-3.

[2]許志兵.變頻調速技術在煤礦壓風機中的應用效果分析[J].山東煤炭科技，2016（12）：140-141.

[3]羅仁貴.變頻調速技術在礦井主扇風機上的應用[J].煤礦機電，2008（06）：101-103.