摘 要： 针对对旋风机调节方法存在的问题，采用10kV高压变频器实现远程控制。着重介绍高压变频器的原理及特点。泉店煤矿经半年的运行表明，控制方便，节电显著。
关键词： 变频器；对旋风机；控制；节能
Application of 10kv High—voltage Frequency Converter for Counter-rotating Fan in Coal Mine

REN Zhong-qi，CUI Zhong

（Quandian Coal Mine，Shenhuo Coal Industry and Electricity Power Co．，Ltd，Xuchang 461 1000，China）
Abstract： As the question existing in the method of adjusting counter—rotating fan，10kv high-voltage frequencyconverter is adopted to realize remote control．The principle and characteristic of the frequency converter is mainlyintroduced．To run for half a year shows that the control is handy and the energy—saving is significant．
Key words： frequency converter；counter-rotating fan；control；economize on energy
1 问题的提出
　　河南神火煤电公司泉店煤矿是设计年产为120万t的在建矿井，前期（15a内）井下需求风量及负压较小，通风系统存在较大富裕量。主要是以风机传统的调节方式调节入口挡板开度来调节风量，经济效益差、能耗大、设备损坏严重、维修难度大、运行费用高。目前该矿选用的两台燕京矿山设备有限公司生产的FBDCZ．8．N029对旋风机配备了4台佳木斯电机公司生产的630kW的隔爆型异步电机，可以满足矿井中后期通风负压5600Pa的需要，建设时期仅需1180Pa负压，但这种“大马拉小车”现象严重，功效极低。为此，利用变频调速技术改变设备的运行速度，以调节风量的大小，既满足生产要求，又达到节约电能，同时减少因调节挡板而造成挡板和管道的磨损、以及经常停机检修所造成的经济损失。
2 变频工作方式
　　变频工作方式是指管网特性曲线保持不变，而改变风机的特性曲线。通常采取的方式是保持管网特性曲线不变，即不改变风机出口的大小，而改变风机的特性曲线，即改变风机的转速，达到改变风量的目的。
　　风机特性如图1所示。

　　风机工作在A点时，其功率为PA=H1×Q1／102；风机工作在B点时，其功率为PB=H2×Q2／102。因Q2<Q1，而且H2>H1，故PA与为PB的值变化较大，说明采用变工频工作方式时，改变风机的风量，风机的轴功率减小很大，节能效果显著。由流体力学的原理可知，电机转速与流量、压力、耗能的关系如下：
　　输出流量Q与转速n的1次方成正比：
　　Ql／Q2=n1／n2 （1）
　　输出压力H与转速n的2次方成正比：
　　Hl／H2=（nl／n2）2 （2）
　　输出轴功率P与转速n的3次方成正比：
　　P1／P2= （nl／n2）3 （3）
　　由此，通过调速方式改变风机风量，当风量下降20％时，风机轴功率将下降49％，说明变频调速在风机应用上节能十分显著。
3 高压变频器原理及特点
（1）基本原理
　　HARSVERT高压变频调速系统采用“高-高”直接变换形式，为单元串联多电平拓扑结构，主体结构由多组功率模块串联而成，由各组低压叠加而产生需要的高压输出，它对电网谐波污染小，总谐波畸变小于4％，直接满足IEEE519．1992的谐波抑制标准，输入功率因数高，不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置；输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv／dt、共模电压等问题，不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机，6kV为5级模块串联，共15个功率单元；10kV每个系统共有24个功率单元，每8个功率单元串连构成一相。
　　系统结构如图2所示。

　　逆变器输出采用多电平移相式PWM技术，同一相的功率单元输出相同幅值和相位的基波电压，但串联各单元的载波之间互相错开一定电角度，实现多电平PWM，输出电压非常接近正弦波。输出电压每个电平台阶只有单元直流母线电压大小，所以du／dt很小。功率单元采用相对较低的开关频率，以降低开关损耗，提高效率，变频器额定效率可大98％，考虑输入变压器后的总体效率仍在97％以上。由于采用移相式PWM，电机电压的等效开关频率大大提高，且输出电平数增加。6kV系列为5级模块串联，输出相电压为11电平；10kV系列为8级模块串联，输出相电压为17电平。电平数和等效开关频率的增加有利于改善输出波形，降低输出谐波，由谐波引起的电机发热，噪音和转矩脉动都大大降低所以这种变频器对电机没有特殊要求，可直接用于普通异步电机。
（2）主要特点
　　与普通采用高压器件直接串联的电流源型变频器及三电平电压源型变频器相比，由于采用功率单元串联，器件承受的最高电压为单元内直流母线的电压，器件不必串联，不存在器件串联引起的均压问题。功率单元中采用常规IGBT功率模块，驱动电路简单，技术成熟可靠。功率单元采用模块化结构，同一变频器内的所有功率单元可以互换，维修也非常方便。由于采用功率单元串联结构，故可以采取功率单元旁路选件，当功率单元故障时，控制系统可以将故障单元自动旁路，变频器仍可降额继续运行，大大提高了系统的可靠性。
4 结语
　　主扇风机安装变频控制系统实现了对风机的自动闭环控制其变频传动装置调速范围为O一5OHz，可长期稳定运行在3O一50Hz之间，实现了就地及远程控制风机启、停和转速调节，不仅满足了矿井在不同负压和风量情况下的通风要求，而且使通风机在整个工作范围内的性能曲线平稳，运转稳定可靠，效率高，同时变频调速装置可实现自动切换到备用变频装置或自动切换到备用电机。通过半年来的跟踪观察，该系统控制方便，节电显著，半年共节约电量81．2万kWh，节约费用52．78万元。
参考文献：
[1] 倚鹏．高压大功率变频器技术原理与应用[M]．北京：人民邮电出版社，2008．
[2 3 叶双，郭耀华．变频器在电机测试平台的应用[J]．电机与控制应用，2007（7）．