交直交高壓變頻器在煤礦主通風機中的應用

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(jié)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(tǒng)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(jié)能運行在煤礦節(jié)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(yè)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(jié)將是最理想、最有效、最節(jié)能的調節(jié)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(tǒng)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(lián)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(lián)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(lián)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(huán)節(jié)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(fā)生熔斷器故障、過熱和IGBT故障而不能繼續(xù)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(xù)工作，并發(fā)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�？刂瓢逋ㄟ^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(jiān)測、光纖故障監(jiān)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(fā)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(tǒng)

變頻器的控制系統(tǒng)由I/O接口板、控制器和人機界面三個部分組成�？刂破饔梢粔K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(lián)的所有功率單元由一塊光纖板控制。光纖板周期性發(fā)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(fā)出的狀態(tài)型號和觸發(fā)指令，并且在發(fā)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(tài)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。