试析超大功率高压变频器的合理应用

　　王高山+郭利庆
　　摘 要：在技术上对主通风机的启动方式与运行方式进行改进，能够实现节约能源、降低消耗的目的。本文对比分析了主通风机改进前后运行状况，发现对主通风机进行改进之后，不但大大地节约了电能，而且也提高了其控制水平。本文将详细探讨在主通风机上应用超大功率高压变频器的方法以及应用效果。
　　关键词：超大功率高压变频器;主通风机;合理应用
　　中图分类号：F426.7 文献标识码：A
　　某矿井公司在考虑风流需求量以及其他要求之后，决定使用两台电压为10kV、配备电动机功率为6000kW的轴流矿用通风机。不同的运行工况有不同的要求，并且矿井的负压在前后期会有很大的变化，为了解决这两个问题，使得风机动叶角度能够实现停机联动调节，选用了两套具有大容量高压变频器的高压变频装置来拖动两台风机。
　　1.变频控制方案
　　第一，变频装置的频率调节性能要好，可以依照负荷的变化情况对频率进行及时、正确、有效的调节;
　　第二，为了把变频调速系统产生的频率不满足大于等于30Hz的谐波消除，尽量降低其对电网谐波的影响，变频装置采用了整流脉波高于48的多脉波整流;
　　第三，为了保护变频装置，设置以下几点保护措施：失速保护、过电流、缺相保护、瞬间停电保护、过电压、短路保护、电动机过载保护、欠电压、超频保护、半导体器件的过热保护等。还要能够有选择性的联跳输入侧10kV开关，可以在有故障的时候实时报警并给风机控制系统发送故障信号，备用风机的运行启动要由风机控制系统来启动。
　　第四，变频装置要有进行故障自诊断的功能，也就是能够对通风机发生故障的位置、类型提供指示，并且为了检修人员和运行人员对出现的问题进行辨别与解决，还要能够对故障进行就地显示以及进行远方报警。
　　2.变频控制的性能特点
　　2.1 可以使得系统的可控性大幅度的提升
　　自动控制是通过上位机以及PLC控制器来实现的，并且风机的振动、风量、压力、高低压配电、电动机的各种保护、变频器的输出频率、风门开关过程等都应该是变频系统能够监控的范围。
　　2.2 变频装置要兼具调速节能与通风机软启动两种功能
　　由于主通风机有很大的功率，所以如果直接启动通风机会产生非常大的电流，这将会对电网有严重的冲击，也会严重威胁到电动机的绝缘性能、风机扇叶的绝缘性能等。如果变频装置具有了软启动功能，就能够消除风机启动的影响和冲击，使得扇叶轴、电动机、风机的寿命大大地延长，节省很多的维修与维护费用。
　　2.3 保证最好的节能效果
　　为了保证扇叶角度能够在最高效率区域内工作，需要利用变频装置对风机转速进行调节，保证能够精准的满足风机的所需风量，也就是对风压、风量所组成的工况点进行调节，保证风机能够在最高效率区以及最佳工况点下运行，以获得较好的节能效果。
　　3.高压变频调速装置系统的原理
　　3.1 变频器的拓扑结构
　　H绝缘等级的干式变压器被应用于高压变频输入侧的整流变压器，采用的是变频单元串联多电平技术，在电网的10kV高压输入端连接原边绕组，选择延边三角设计的具有24个二次绕组的副边，为了经过整流之后能够形成48脉波的二极管整流电路结构，要将高压变频器的每项分成8个不一样的相位组。
　　这8个相位组串联后的相电压能够达到10kV，因为单个变频功率单元的交流电源电压是720V。同理，以相差120度的方法能够使3组叠加后的相同的相电压组成三组星型连接，这样就得到了线间电压是10kV的三相交流高压。
　　3.2 变频功率单元
　　变频功率单元的主要原理就是其变频器的基本拓扑结构决定了这个变频器的三相交流输出与输入都是720V。不可控二极管整流是其整流侧，电容的滤波作用可以使输入的三相交流整流变成直流;IGBT模块的H桥单相逆变是其逆变侧，其工作原理能够使得直流逆变，从而得到正弦PWM单相的0-720V的交流输出。
　　3.3 变频调速装置的控制部分
　　变频器系统控制、功率单元检测与保护控制构成了变频调速装置的控制部分。变频器控制系统的主要组成部分是上位机、PLC模板、下位机，并且其核心是控制单元。
　　4.超大功率高压变频器的应用效果
　　4.1 提高了风机的自动化程度
　　超大功率高压变频器在通风机上应用之后，不仅增加了通风机的可操作性，也使得通风机的自动化程度大大地提高了。并且在正常运行的时候，通风机的噪声减小了，不仅优化了工作人员的工作环境，也使得采煤工人的工作条件得到了极大程度的改善。
　　4.2 降低了风机的维护量
　　应用变频调速装置之后，可以保证通风机平稳地启动，并且运行的时候速度变低，从而能够明显的降低通风机的温度、噪声、振动，在这种相对较好的运行条件下，通风机零部件与组件的寿命都会变长，从而能够使得检修周期变长，检修工作量降低，这样就可以节省很多通风机的维护支出。
　　4.3 有显著的节能、节约效果
　　首先，通风机应用超大功率高压变频调速装置之后，在一定的风叶角度下，通风机的工作状态不是满负荷，而是在高效区运行，从而大大的减小了电动机的实时功率，能够节省电能;其次，调节频率能够保证依据需求对风机的转速以及风量进行调节，这样改变了之前为了调节风机工况必须使得通风机停机，从而才可以对风叶角度进行调节，然后再启动风机的方式，通过降低通风机的停机启动次数，大大地降低了通风机启动时的机电费。
　　4.4 使得对电网的冲击得到有效的避免
　　应用超大功率高压变频调速装置之后，能够保证风机软启动，从而使得风机的启动电流、扭矩得到了有效的降低，这样的情况下不会对电网造成冲击。
　　5.小结
　　超大功率高压变频调速装置被应用于煤矿的主通风机之后，不仅实现了通风机的软启动，也使得通风机的启动电流、扭矩得到了很大程度的降低。能够依照巷道的实际风量需求对通风机的运行速度进行方便的调节，既使得主通风机消耗的电能减少了，也使得其控制水平有了一定程度的提升。可知，变频调速装置有着非常理想的应用效果。
　　参考文献：
　　[1]超大功率高压变频器[J].自动化博览，2013，（10）：12-12.
　　[2]卢东辉，杨长华，沈静云等.DHVECTOL大功率高压变频器在国产超临界机组引风机系统中的成功应用[J].自动化应用，2011，（2）：30-32.