摘要：通過對變頻調(diào)速發(fā)展現(xiàn)狀以及邯鄲礦業(yè)集團云駕嶺工況情況的研究，結(jié)合高壓變頻器的基本原理，以及變頻器容量的計算和選擇方法，選用了北京合康億盛變頻設(shè)備有限公司生產(chǎn)的HIVERT-YK 06/096高壓變頻器作為變頻設(shè)備，進行了技術(shù)經(jīng)濟分析，節(jié)能效果明顯。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速 通風機 高壓變頻器

1 概述

1.1 研究背景 據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國水泵和風機在用電方面的狀況相對落后：由于科技更新滯后，大量設(shè)備過于陳舊，導致風機和水泵耗電量巨大，其工作效率與國外同種類型的產(chǎn)品低5%至10%左右。在設(shè)備的配備和設(shè)計中，過度注重工藝在建設(shè)過程中的作用，由于存在差異導致設(shè)備的遴選類型數(shù)量大，造成設(shè)備大量以較低效率和較小的負荷運作。風機和水泵在流量調(diào)節(jié)方面多采用擋板和閥門，對風量和水量的流量進行調(diào)整，消耗了大量的節(jié)流功率，與這種傳統(tǒng)的節(jié)流設(shè)施相比較，采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，既可以較少功率的耗損，通過降低風機和水泵的轉(zhuǎn)速，將相應(yīng)的流量按一定比例減?。辉趯毫Φ恼{(diào)節(jié)幅度較大，并以二次方的比率減小；因而促使軸功率下降的幅度更大，并成立方的比率減小。

1.2 選題的依據(jù)和方案的確立 礦用主扇通風機的閘門調(diào)節(jié)缺乏靈活性，主要依靠人為來改變阻力和角度，增大對風的阻力，但過度調(diào)節(jié)會導致性能的下降；與前導器和尾翼調(diào)節(jié)相比，后者可調(diào)節(jié)的幅度和效率較高；通過控制風葉角度和數(shù)目，來調(diào)整風機的功效，從而達到風機的特殊功能方面的要求，促使風機運作效率實現(xiàn)最大化，同時能夠起到節(jié)能環(huán)保的作用。通過調(diào)整通風機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)節(jié)能的目的，同時促使其在合理的工況時間工作，實現(xiàn)電機的高效運作。

云駕嶺礦在西風井設(shè)置了兩臺軸流通風機，其中一臺為備用。該礦的風機主要采用調(diào)整導葉和變檔板角度，依靠工頻實現(xiàn)風量的調(diào)整，通風效率和能力較差，導致能源的損耗和浪費，提高了生產(chǎn)的成本。而主扇風機在設(shè)計方面存在余量過大的問題，導致主扇風機長期處于低負荷工作狀態(tài)，從而使能源的損耗更為嚴重。

電網(wǎng)的負載容量有一定的限制，主扇若采用電抗器啟動工作，只能逐級啟動，一級運行正常之后開啟另一級風機，因此需要耗費大量時間進行啟動，而該準備工作卻消耗了大量的電能，同時還造成電動機的損傷，時刻處于被燒毀的情形。在啟動過程中，高壓電動機單軸轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生，導致機身發(fā)生巨大的振動，損毀電動機和機械配置，縮短其使用壽命。

綜上所述，為保證井下作業(yè)的安全和生產(chǎn)質(zhì)量，減少成本和延長風機使用壽命，提高生產(chǎn)效益，將變頻調(diào)速技術(shù)運用到西風井風機當中，是最優(yōu)選擇。

2 高壓變頻器的選擇

2.1 變頻器的容量計算與選擇 當通過變頻器來調(diào)節(jié)異步電動機速度時，需要先選擇異步電動機，接著以已選擇異步電動機的額定電流或者實際運行的最大電流來選擇變頻器。異步電動機運行狀況存在差異時，變頻器的方法和其容量的算法也將不同，變頻器需要符合不同的條件。變頻器容量選擇時，需要特別關(guān)注其額定電流，應(yīng)該根據(jù)變頻器最大工作電流來計算和選擇其容量。

云駕嶺礦變頻器與電動機采用一拖一控制方式，電動機續(xù)恒載運轉(zhuǎn)類型。即單臺變頻器為單臺電動機連續(xù)運行方式。

由于變頻器傳給電動機的是脈沖電流，其脈動值比工頻供電時電流要大。

因此須將變頻器的容量留有適當?shù)挠嗔?。此時，變頻器應(yīng)同時滿足以下三個條件：

式中：PM、η、cosφ、UM、IM分別為電動機輸出功率、效率（取0.85）、功率因數(shù)（取0.87）、電壓（V）、電流（A）。根據(jù)GAF22.4-15-1型軸流式通風機性能指標可知：

PM=710kW，UM=6kV，IM=85.1A；

K——電流波形的修正系數(shù)（PWM方式取1.05～1.1）；

PCN——變頻器的額定容量（kVA）；

ICN——變頻器的額定電流（A）。

綜上可知： 。

可以計算出變頻器的容量為：

其中：U——變頻器輸入電壓，U=6kV；

I——變頻器額定電流，I=96A；

因為S=998kVA>987kVA，滿足變頻器的容量要求。

I=96A>89A，滿足變頻器的額定電流的要求。

2.2 高壓變頻器的調(diào)速原理

2.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 高壓變頻器采用交-直-交直接高壓（高-高）方式，主電路開關(guān)元件為IGBT。由于IGBT耐壓所限，無法直接逆變輸出6kV，而因開關(guān)頻率高、均壓難度大等技術(shù)難題無法完成直接串聯(lián)。HIVERT變頻器采用功率單元串聯(lián)，疊波升壓，充分利用常壓變頻器的成熟技術(shù)，因而具有很高的可靠性。它對電網(wǎng)諧波污染小，輸入功率因數(shù)高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補償裝置；輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機。

2.2.2 功率單元 功率單元原理，輸入電源端R、S、T接變壓器二次線圈的三相低壓輸出，三相二極管全波整流為直流環(huán)節(jié)電容充電，電容上的電壓提供給由IGBT組成的單相H形橋式逆變電路。

3 HIVERT高壓變頻器的性能特點

①高壓變頻器的變換形式為“高—高”，是一種單元串聯(lián)多電平變頻器，其主板由多個并聯(lián)功率模塊構(gòu)成。②HIVERT變頻器的控制模式包括人機界面控制和LED鍵盤控制，兩者相互備用，都能夠獨立的完成開停機、增減負荷等工作。同時變頻裝置故障記錄需要保存一年以上。③變頻器擁有標準RS-485和觸摸屏處理器擴展通訊接口兩種通訊模式。④變頻系統(tǒng)在20～100%調(diào)速范圍的輸入功率因數(shù)大約在0.95，無需安裝功率因數(shù)補償裝置。⑤變頻裝置可以設(shè)置任意長度的輸出電纜，共模電壓和dv/dt應(yīng)力不會影響變頻裝置保護電機。⑥變頻器輸出電流諧波值小于或等于2%，滿足我國供電部門最嚴格的電壓失真規(guī)定及IEEE 519 192，超過國標GB14549-93的諧波失真規(guī)定。變頻器的輸出波形將不再影響電機運行，轉(zhuǎn)矩脈動低于0.1%。同時變頻器還能夠避免共振現(xiàn)象出現(xiàn)。⑦變頻器輸入電流諧波小于或等于4%，滿足我國供電部門最嚴格的電壓失真規(guī)定及IEEE 519 192，遠遠超過國標GB14549-93的電壓失真規(guī)定。⑧變頻器可以適應(yīng)較寬范圍的電網(wǎng)電壓波動，一般情況下電網(wǎng)上下波動110%，變頻器仍然保持滿載輸出，電網(wǎng)電壓下降30%時，變頻器將降額運行，此特征與煤礦電壓波動現(xiàn)象嚴重的現(xiàn)狀相符合。⑨變頻器具備過電流、過電壓、欠電壓、短路保護、失速保護、變頻器和電機過載保護、缺項保護、突然停電保護和半導體元件過熱保護等等，一旦出現(xiàn)上述現(xiàn)象，變頻裝置將自動跳到輸入側(cè)6kV開關(guān)，其保護裝置完全符合國家相關(guān)標準。同時，裝置還具備斷電、停機和故障預警功能。⑩變頻器還可以進行故障自診斷，通過中文提示信息告知故障位置和故障類型，還可以進行遠方報警，有利于操作者和維修人員快速發(fā)現(xiàn)和解決故障。變頻裝置具備環(huán)境溫度監(jiān)控裝置，一旦環(huán)境溫度高于最高允許值，將自動發(fā)出報警。■變頻器身處振動、射頻干擾和電子噪音環(huán)境，仍然可以持續(xù)工作，電磁兼容性良好，符合國家標準。

4 技術(shù)經(jīng)濟分析

①節(jié)電效果顯著，改造后每月可節(jié)電6.67萬度，年節(jié)電80萬度。②實現(xiàn)電機軟啟動，減小啟動沖擊，延長設(shè)備使用壽命。③系統(tǒng)安全、可靠，具有變頻故障轉(zhuǎn)工頻功能，確保風機連續(xù)運行。④提高了風機運行的安全可靠性，減少了事故發(fā)生率。⑤大大減少了設(shè)備維護、維修費用，直接和間接效益十分明顯。⑥大幅度降低風機噪音和振動，改善職工工作環(huán)境。⑦實現(xiàn)無人值守，降低了工人勞動強度。

5 結(jié)論

邯鄲礦業(yè)集團云駕嶺煤礦主扇風機成功應(yīng)用高壓變頻器對礦用通風機進行變頻調(diào)速改造。實際應(yīng)用表明，高壓變頻器的應(yīng)用于煤礦主扇風機的系統(tǒng)改造，取得良好的運行效果和經(jīng)濟效益。推廣使用變頻器在煤礦行業(yè)進行改造，節(jié)約能源的效果將是非?？捎^的，適應(yīng)了國家建設(shè)節(jié)約型社會的潮流。

參考文獻：

[1]張軍.礦井主通風機突發(fā)及常見故障的分析與預防[J].價值工程，2013-10-18.

[2]宋祥生.清鎮(zhèn)煤礦主通風機性能測定及分析[J].價值工程，2012-06-28.

[3]唐惠龍.變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用[J].價值工程，2012（29）.

作者簡介：徐娟娟（1983-），女，河北武安人，機電助理工程師，冀中能源邯礦集團精益檢測檢驗公司技術(shù)員。