變頻技術(shù)在軸流式主通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用分析》

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1、變頻技術(shù)在軸流式主通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用分析摘要根據(jù)國家發(fā)改委十一五節(jié)能工程要求，結(jié)合軸流式風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)選型與生產(chǎn)過程通過主通風(fēng)機(jī)電控系統(tǒng)高壓變頻改造，實(shí)現(xiàn)滿足安全生產(chǎn)需要和節(jié)約電能的雙重目標(biāo)關(guān)鍵詞風(fēng)機(jī)；變頻調(diào)速；高壓變頻器；功率單元串聯(lián)多電平煤礦行業(yè)既是我國的產(chǎn)能大戶，又是耗能大戶，其中作為礦井“肺”的主通風(fēng)機(jī)的耗電量約占生產(chǎn)電耗的15%25%，隨著節(jié)能降耗成為國策，越來越多的企業(yè)尋求對其進(jìn)行技術(shù)改造。由于煤礦的工藝特點(diǎn)，主通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)選型時(shí)按照礦井最大需量考慮，實(shí)際生產(chǎn)過程中，運(yùn)行效率普遍較低，部分甚至在30%以下而傳統(tǒng)運(yùn)行方式下，無論需用風(fēng)量大小，風(fēng)機(jī)都以最高轉(zhuǎn)速

2、運(yùn)行，系統(tǒng)所需風(fēng)量的大小一般是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門開度或增減運(yùn)行電機(jī)的臺數(shù)來完成的，功率較大，消耗電能多；而采用變頻調(diào)速技術(shù)后，可通過改變電動機(jī)工作電源頻率來調(diào)節(jié)系統(tǒng)風(fēng)量，最大化地實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。1調(diào)速原理分析按照電機(jī)學(xué)的基本原理，已知交流異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：n=（1-s）60f/p式中s--滑差；P--電機(jī)極對數(shù)；f--電機(jī)運(yùn)行頻率結(jié)論：如果平滑地改變加到異步電動機(jī)定子繞組的交流電的頻率f，就可以平滑地調(diào)節(jié)異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n。2節(jié)能原理分析由流體力學(xué)及電機(jī)學(xué)公式可知，風(fēng)機(jī)工況參數(shù)與電源頻率的關(guān)系為：式中Q--風(fēng)機(jī)風(fēng)量；H--風(fēng)機(jī)風(fēng)壓；P--風(fēng)機(jī)功率；f--電

3、源頻率上式說明，風(fēng)機(jī)的流量與電源的頻率成正比，風(fēng)壓與電源頻率的平方成正比，功率與電源頻率的立方成正比因此，通過變頻方式改變風(fēng)量時(shí)，當(dāng)風(fēng)量下降20%時(shí)，功率可將下降49%；如風(fēng)量下降50%，功率可下降87.5%3方案選擇星村煤礦設(shè)計(jì)選用BDK-8-No.27型（740r/min）礦用對旋軸流風(fēng)機(jī)二臺，一臺工作，一臺備用配套電機(jī)為防爆電動機(jī)（10kV，2450kW，740r/min）方案一：高-低-高方式變頻系統(tǒng)：采用降壓升壓變壓器，將10kV高壓降為低壓，經(jīng)低壓變頻器變頻后，再經(jīng)升壓后驅(qū)動電動機(jī)。方案二：功率單元串聯(lián)多電平高壓變頻系統(tǒng)：在10kV側(cè)設(shè)置移相變壓

4、器，將高壓交流電變成多組低壓交流電，每組低壓交流電分別輸人到單個(gè)功率單元，經(jīng)整流為直流電后，逆變成為交流電，各功率單元的交流電按照一定的規(guī)律在逆變側(cè)串聯(lián)成為高壓交流電，輸出供給高壓電動機(jī)4技術(shù)分析方案一采用設(shè)備較多，控制環(huán)節(jié)較復(fù)雜，且對電網(wǎng)側(cè)的諧波分量較大；方案二采用低壓器件實(shí)現(xiàn)高壓變頻輸出，輸入輸出諧波非常?。煌ㄟ^比較，確定本次改造選擇一拖二的功率單元串聯(lián)式多電平高壓變頻技術(shù)。5諧波污染分析改造后的控制系統(tǒng)選用交-直-交結(jié)構(gòu)高壓變頻系統(tǒng)，先將電源交流電用整流電路轉(zhuǎn)變成直流電，再用逆變電路將直流電轉(zhuǎn)換為頻率可變的交流電輸入側(cè)移相變壓器將網(wǎng)側(cè)高壓變換為副邊的多

5、組低壓，各副邊繞組在繞制時(shí)采用延邊三角接法，相互之間有一定的相位差（60/n）這種多級移相疊加的整流方式，消除了大部分由獨(dú)立功率單元引起的諧波電流，可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使變頻器網(wǎng)側(cè)電流近似為正弦波，不需要輸入濾波器；其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)可達(dá)0.95以上系統(tǒng)整流電路采取全控型電力電子器件，為PWM多電平控制方式，電壓源型儲能方式，其結(jié)構(gòu)與逆變部分基本對稱，則可以做到輸入電流基本為正弦波，諧波成分很低，功率因數(shù)可調(diào)，且能量可雙向流動這種變頻器對電機(jī)選擇性要求不高，從技術(shù)上有效地降低了逆變器件的損壞度，從而保證了系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性這種系統(tǒng)控制的電機(jī)諧波

6、損耗大大減少，消除了由此引起的機(jī)械振動，減小了軸承和葉輪的機(jī)械力，從而保證主通風(fēng)機(jī)電機(jī)運(yùn)行壽命，且網(wǎng)側(cè)諧波含量很低，有效地降低了系統(tǒng)對礦井供電系統(tǒng)的諧波污染。6調(diào)節(jié)性能分析系統(tǒng)控制方式選用壓頻比及無傳感器矢量控制兩種方式相結(jié)合的運(yùn)行模式，有效地保證了電機(jī)在高低速情況下控制的快速性及控制精度準(zhǔn)確性V/f比恒定控制常用于風(fēng)機(jī)水泵的調(diào)速功能，以及對調(diào)速范圍要求不高的場合V/f比恒定控制的突出優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行電機(jī)的開環(huán)速度控制利用矢量控制來彌補(bǔ)壓頻比控制方式動態(tài)性能控制不好的缺點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)全面優(yōu)良的控制品質(zhì)目前變頻器控制元件多采用IGBT器件，它作為大功率電子器件，具

7、有驅(qū)動功率小，開關(guān)能耗小工作頻率高等優(yōu)點(diǎn)，保證系統(tǒng)的高可靠性及運(yùn)行穩(wěn)定性。7接口能力及保護(hù)功能系統(tǒng)選用S7200型PLC做為控制核心，主要負(fù)責(zé)變頻器與工業(yè)現(xiàn)場的接口，以及對變頻器內(nèi)部開關(guān)量的處理PLC負(fù)責(zé)對系統(tǒng)內(nèi)外的各種狀態(tài)進(jìn)行綜合判斷，實(shí)現(xiàn)對變頻器的啟動停機(jī)急?？刂?，實(shí)現(xiàn)對變頻器故障的報(bào)警與保護(hù)PLC模塊可以有效地實(shí)現(xiàn)原有風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測的所有功能，采集并顯示各種監(jiān)測數(shù)據(jù)，有利于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，便于接入礦井自動化控制系統(tǒng)，故障智能化顯示功能有利于快速查找系統(tǒng)故障，迅速處理問題，保證了系統(tǒng)地安全性可靠性高壓變頻器自身具有高性能的保護(hù)功能，如輸出過載輸出過流

8、電網(wǎng)過電壓電網(wǎng)欠電壓電網(wǎng)失電直流母線過電壓直流母線欠