大功率高压变频器在主扇风机中应用
2011-08-16 08:08:20 来源:chinaaet
漳村煤矿西风井主扇风机是矿通风系统的命脉，由2台沈阳发动机研究所风机厂生产的AGF一606—2．442—1．2—2型轴流式风机和JRl510—8型电机组成，功率为475kW，转速750r／min，电压为6000V，启动方式为高开串频敏电阻启动，启动电流大，对电机的冲击较大。主扇风机启动后以工频方式运行，无法根据井下用风量的改变调节风量，电能的浪费现象较为严重。因此在2007年9月对西风井1＃主扇风机进行了变频控制改造，在系统主回路中接人北京康得新电科技有限公司生产的Diamond—HV一06／600型高压变频器一套，控制1＃主扇风机，并于2007年9月30日完成了变频器调试工作，风机启动时实现了平滑启动，变频器带井下负荷，正式投入运行。
1 异步电动机的变频调速原理
异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率厂来改变同步转速而实现调速的，在调速中从高速到低速都可以保持较小的转差率，因而消耗转差功率小，效率高，是异步电动机的最为合理的调速方法。
由公式n=6Of/p（1一s）（其中：n为电机转速；f为频率；P为电机的极对数；s为转差率）可以看出，若均匀地改变供电频率f，即可平滑地改变电动机的同步转速。异步电动机变频调速具有调速范围宽、平滑性较高、机械特性较硬的优点，目前变频调速已成为异步电动机最主要的调速方式，在很多领域都获得了广泛的应用。
变频调速具有如下显著的优点：
1） 由设备设计余量而导致“大马拉小车”现象，因电机定速旋转不可调节，这样运行自然浪费很大，而变频调节彻底解决了这一问题；
2） 由负载档板或阀门调节导致的大量节流损失，在变频后不再存在；
3） 某些工况负载需频繁调节，而档板调节线性太差，跟不上工况变化速度，故能耗很高，而变频
调节响应极快，基本与工况变化同步；
4） 异步电动机功率因数由变频前的0．85左右提高到变频后的0．95以上；
5） 可实现零转速启动，无启动冲击电流，从而降低了启动负载，减轻了冲击扭振；
6） 高压变频器本身损耗极小，整机效率在97％ 以上。
2 设备的选型与方案设计
2．1 设备选型
过去电动机变频调速采用高一低变频方式来调速，变频器为低压变频器，采用输入降压变压器，先把电网电压降低，然后采用一台低压变频器实现变频；对于电机，则有两种办法，一种办法是采用低压电机；另一种办法，则是仍采用原来的高压电机，需要在变频器和电机之间增加一台升压变压器，即高一低一高变频方式。这是当时高压变频技术未成熟时的一种过渡技术。这种做法由于采用低压变频器，容量也比较小，对电网侧的谐波较大。现在高压变频器的技术已经成熟，经过研究决定采用一次性解决方案，直接采用高压变频器对主扇通风机进行变频控制改造。经过多方比较性价比，选用了北京康得新电科技有限公司生产的Diamond—HV一06／600型高压变频器一套，首先在矿西风井1＃主扇风机上应用，待应用成熟后再进行推广。
2．1．1 Diamond—HV一06／600型高压变频器技术参数
变频器容量：600 kVA；
适配电机功率：475 kW；
输入频率：45～55 Hz；
额定输入电压：6 kV土10％ ；
输入功率因数：0．95（>20％负载）；
变频器效率：额定负载下>0．96；
输出频率范围：0～60 Hz；
输出频率分辨率：0．01 Hz；
运行环境温度：一10～40°；
冷却方式：强制风冷。
2．1．2 高压变频器性能特点
1） 高压变频调速系统采用直接“高一高”变换形式，为单元串联多电平拓扑结构，主体结构有多组功率模块并联而成。
2） 变频装置控制采用LED键盘控制和人机界面控制两种控制方式，两种方式互为备用，两种方式从就地界面上可以进行增、减负荷，开、停机等操作。装置保留至少一年的故障记录。
3） 变频器能提供两种通讯功能：标准的RS一485和有触摸屏处理器扩展的通讯接口。
4） 在20％ ～100％ 的调速范围内，变频系统在不加任何功率因数补偿的情况下，本机输入端功率因数达到0．95。
5） 变频装置对输出电缆的长度无任何要求，变频装置保护电机不受共模电压及dV／dt应力的影响。
6） 变频装置输出电流谐波不大于2％，符合IEEE 519 1992及我国供电部门对电压失真最严格的要求，高于国标GB14549—93对谐波失真的要求。变频装置输出波形不会引起电机的谐振，转矩脉动小于0．1％ 。
7） 变频装置对电网反馈的电流谐波不大于4％ ，符合IEEE 519 1992及我国供电部门对电压失真最严格的要求，高于国标GB14549—93对谐波失真的要求。
8） 变频装置对电网电压的波动有较强的适应能力，在一10％ ～+10％ 电网电压波动时必须满载输出，可以承受30％的电网电压下降，而降额继续运行，能满足煤矿的电压大幅波动的要求。
9） 变频装置设以下保护：过电压、过电流、欠电压、缺相保护、短路保护、失速保护、变频器过载、电机过载保护、半导体器件的过热保护、瞬时停电保护等，联跳至输入侧6kV开关。保护的性能符合国家有关标准的规定。并提供故障、断电、停机等报警。
漳村煤矿西风井主扇风机是矿通风系统的命脉，由2台沈阳发动机研究所风机厂生产的AGF一606—2．442—1．2—2型轴流式风机和JRl510—8型电机组成，功率为475kW，转速750r／min，电压为6000V，启动方式为高开串频敏电阻启动，启动电流大，对电机的冲击较大。主扇风机启动后以工频方式运行，无法根据井下用风量的改变调节风量，电能的浪费现象较为严重。因此在2007年9月对西风井1＃主扇风机进行了变频控制改造，在系统主回路中接人北京康得新电科技有限公司生产的Diamond—HV一06／600型高压变频器一套，控制1＃主扇风机，并于2007年9月30日完成了变频器调试工作，风机启动时实现了平滑启动，变频器带井下负荷，正式投入运行。
1 异步电动机的变频调速原理
异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率厂来改变同步转速而实现调速的，在调速中从高速到低速都可以保持较小的转差率，因而消耗转差功率小，效率高，是异步电动机的最为合理的调速方法。
由公式n=6Of/p（1一s）（其中：n为电机转速；f为频率；P为电机的极对数；s为转差率）可以看出，若均匀地改变供电频率f，即可平滑地改变电动机的同步转速。异步电动机变频调速具有调速范围宽、平滑性较高、机械特性较硬的优点，目前变频调速已成为异步电动机最主要的调速方式，在很多领域都获得了广泛的应用。
变频调速具有如下显著的优点：
1） 由设备设计余量而导致“大马拉小车”现象，因电机定速旋转不可调节，这样运行自然浪费很大，而变频调节彻底解决了这一问题；
2） 由负载档板或阀门调节导致的大量节流损失，在变频后不再存在；
3） 某些工况负载需频繁调节，而档板调节线性太差，跟不上工况变化速度，故能耗很高，而变频
调节响应极快，基本与工况变化同步；
4） 异步电动机功率因数由变频前的0．85左右提高到变频后的0．95以上；
5） 可实现零转速启动，无启动冲击电流，从而降低了启动负载，减轻了冲击扭振；
6） 高压变频器本身损耗极小，整机效率在97％ 以上。
2 设备的选型与方案设计
2．1 设备选型
过去电动机变频调速采用高一低变频方式来调速，变频器为低压变频器，采用输入降压变压器，先把电网电压降低，然后采用一台低压变频器实现变频；对于电机，则有两种办法，一种办法是采用低压电机；另一种办法，则是仍采用原来的高压电机，需要在变频器和电机之间增加一台升压变压器，即高一低一高变频方式。这是当时高压变频技术未成熟时的一种过渡技术。这种做法由于采用低压变频器，容量也比较小，对电网侧的谐波较大。现在高压变频器的技术已经成熟，经过研究决定采用一次性解决方案，直接采用高压变频器对主扇通风机进行变频控制改造。经过多方比较性价比，选用了北京康得新电科技有限公司生产的Diamond—HV一06／600型高压变频器一套，首先在矿西风井1＃主扇风机上应用，待应用成熟后再进行推广。
2．1．1 Diamond—HV一06／600型高压变频器技术参数
变频器容量：600 kVA；
适配电机功率：475 kW；
输入频率：45～55 Hz；
额定输入电压：6 kV土10％ ；
输入功率因数：0．95（>20％负载）；
变频器效率：额定负载下>0．96；
输出频率范围：0～60 Hz；
输出频率分辨率：0．01 Hz；
运行环境温度：一10～40°；
冷却方式：强制风冷。
2．1．2 高压变频器性能特点
1） 高压变频调速系统采用直接“高一高”变换形式，为单元串联多电平拓扑结构，主体结构有多组功率模块并联而成。
2） 变频装置控制采用LED键盘控制和人机界面控制两种控制方式，两种方式互为备用，两种方式从就地界面上可以进行增、减负荷，开、停机等操作。装置保留至少一年的故障记录。
3） 变频器能提供两种通讯功能：标准的RS一485和有触摸屏处理器扩展的通讯接口。
4） 在20％ ～100％ 的调速范围内，变频系统在不加任何功率因数补偿的情况下，本机输入端功率因数达到0．95。
5） 变频装置对输出电缆的长度无任何要求，变频装置保护电机不受共模电压及dV／dt应力的影响。
6） 变频装置输出电流谐波不大于2％，符合IEEE 519 1992及我国供电部门对电压失真最严格的要求，高于国标GB14549—93对谐波失真的要求。变频装置输出波形不会引起电机的谐振，转矩脉动小于0．1％ 。
7） 变频装置对电网反馈的电流谐波不大于4％ ，符合IEEE 519 1992及我国供电部门对电压失真最严格的要求，高于国标GB14549—93对谐波失真的要求。
8） 变频装置对电网电压的波动有较强的适应能力，在一10％ ～+10％ 电网电压波动时必须满载输出，可以承受30％的电网电压下降，而降额继续运行，能满足煤矿的电压大幅波动的要求。
9） 变频装置设以下保护：过电压、过电流、欠电压、缺相保护、短路保护、失速保护、变频器过载、电机过载保护、半导体器件的过热保护、瞬时停电保护等，联跳至输入侧6kV开关。保护的性能符合国家有关标准的规定。并提供故障、断电、停机等报警。
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