变频技术在轴流式主通风机上的应用分析》

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1、变频技术在轴流式主通风机上的应用分析摘要根据国家发改委十一五节能工程要求，结合轴流式风机在设计选型与生产过程通过主通风机电控系统高压变频改造，实现满足安全生产需要和节约电能的双重目标关键词风机；变频调速；高压变频器；功率单元串联多电平煤矿行业既是我国的产能大户，又是耗能大户，其中作为矿井“肺”的主通风机的耗电量约占生产电耗的15%25%，随着节能降耗成为国策，越来越多的企业寻求对其进行技术改造。由于煤矿的工艺特点，主通风机设计选型时按照矿井最大需量考虑，实际生产过程中，运行效率普遍较低，部分甚至在30%以下而传统运行方式下，无论需用风量大小，风机都以最高转速

2、运行，系统所需风量的大小一般是通过调节风门开度或增减运行电机的台数来完成的，功率较大，消耗电能多；而采用变频调速技术后，可通过改变电动机工作电源频率来调节系统风量，最大化地实现了节能。1调速原理分析按照电机学的基本原理，已知交流异步电动机的转速表达式为：n=（1-s）60f/p式中s--滑差；P--电机极对数；f--电机运行频率结论：如果平滑地改变加到异步电动机定子绕组的交流电的频率f，就可以平滑地调节异步电动机的转子转速n。2节能原理分析由流体力学及电机学公式可知，风机工况参数与电源频率的关系为：式中Q--风机风量；H--风机风压；P--风机功率；f--电

3、源频率上式说明，风机的流量与电源的频率成正比，风压与电源频率的平方成正比，功率与电源频率的立方成正比因此，通过变频方式改变风量时，当风量下降20%时，功率可将下降49%；如风量下降50%，功率可下降87.5%3方案选择星村煤矿设计选用BDK-8-No.27型（740r/min）矿用对旋轴流风机二台，一台工作，一台备用配套电机为防爆电动机（10kV，2450kW，740r/min）方案一：高-低-高方式变频系统：采用降压升压变压器，将10kV高压降为低压，经低压变频器变频后，再经升压后驱动电动机。方案二：功率单元串联多电平高压变频系统：在10kV侧设置移相变压

4、器，将高压交流电变成多组低压交流电，每组低压交流电分别输人到单个功率单元，经整流为直流电后，逆变成为交流电，各功率单元的交流电按照一定的规律在逆变侧串联成为高压交流电，输出供给高压电动机4技术分析方案一采用设备较多，控制环节较复杂，且对电网侧的谐波分量较大；方案二采用低压器件实现高压变频输出，输入输出谐波非常小；通过比较，确定本次改造选择一拖二的功率单元串联式多电平高压变频技术。5谐波污染分析改造后的控制系统选用交-直-交结构高压变频系统，先将电源交流电用整流电路转变成直流电，再用逆变电路将直流电转换为频率可变的交流电输入侧移相变压器将网侧高压变换为副边的多

5、组低压，各副边绕组在绕制时采用延边三角接法，相互之间有一定的相位差（60/n）这种多级移相叠加的整流方式，消除了大部分由独立功率单元引起的谐波电流，可以大大改善网侧的电流波形，使变频器网侧电流近似为正弦波，不需要输入滤波器；其负载下的网侧功率因数可达0.95以上系统整流电路采取全控型电力电子器件，为PWM多电平控制方式，电压源型储能方式，其结构与逆变部分基本对称，则可以做到输入电流基本为正弦波，谐波成分很低，功率因数可调，且能量可双向流动这种变频器对电机选择性要求不高，从技术上有效地降低了逆变器件的损坏度，从而保证了系统运行的安全可靠性这种系统控制的电机谐波

6、损耗大大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶轮的机械力，从而保证主通风机电机运行寿命，且网侧谐波含量很低，有效地降低了系统对矿井供电系统的谐波污染。6调节性能分析系统控制方式选用压频比及无传感器矢量控制两种方式相结合的运行模式，有效地保证了电机在高低速情况下控制的快速性及控制精度准确性V/f比恒定控制常用于风机水泵的调速功能，以及对调速范围要求不高的场合V/f比恒定控制的突出优点是可以进行电机的开环速度控制利用矢量控制来弥补压频比控制方式动态性能控制不好的缺点，从而实现全面优良的控制品质目前变频器控制元件多采用IGBT器件，它作为大功率电子器件，具

7、有驱动功率小，开关能耗小工作频率高等优点，保证系统的高可靠性及运行稳定性。7接口能力及保护功能系统选用S7200型PLC做为控制核心，主要负责变频器与工业现场的接口，以及对变频器内部开关量的处理PLC负责对系统内外的各种状态进行综合判断，实现对变频器的启动停机急停控制，实现对变频器故障的报警与保护PLC模块可以有效地实现原有风机在线监测系统监测的所有功能，采集并显示各种监测数据，有利于实现远程控制，便于接入矿井自动化控制系统，故障智能化显示功能有利于快速查找系统故障，迅速处理问题，保证了系统地安全性可靠性高压变频器自身具有高性能的保护功能，如输出过载输出过流

8、电网过电压电网欠电压电网失电直流母线过电压直流母线欠