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1、通风机房变频器技术研究通风机房变频器技术研究2目目 录录变频器基本说明 3变频器技术性研究报告15变频器工业性试验报告 23效益分析报告 374多电平型高压变频器是近几年才发展起来的一种电路拓扑结构，它主要由输入变压器、功率单元和控制单元三大部分组成。采用模块化设计，可迅速替换故障模块，采用多个低压的功率单元相互串联的办法 实现高压，解决了高压的难题而得名 。采用高压变频技术的先进性体现在以下几点：1、矢量控制是全数字技术的，功率部分采用 IGBT 的电压源型交流变频传动装置。它给传动装置带来快速性，更高的精度，更高的可靠性，同时效率也更高。2、适合多种电压：新的矢量控制是国际性产品，它适用于
2、世界各地所有重要的电压等级： 3 相 6000V AC、3 相 10000V AC，然而，最大的优点还在于它的最大容许偏差是-20% -+15%。这样，即使在供电电网条件较差的情况下也能充分保证工厂和机械设备的各部分都具有很高的生产率和可用性。3、高质量的输入特性：输入侧隔离变压器二次线圈经过移相，为功率单元提供电源，从结构上看，由于输入侧采用了 IGBT 功率元件，所以它相当于一个逆变器，不同的是其输入为交流，输出为直流；与传统的二极管整流或者可控硅整流技术相比，单元整流为 SPWM 可控移相同步整流，这种整流方式不再是被动的将交流转换成直流，而是具备了很多的控制功能，它不仅能消除高次谐波、
3、提高功率因数，而且不受电网波动的影响，具有卓越的动态性能。4、完美的输出特性：变频器额定输入功率因数大于 0.95，无需功率因数补偿电容；减少无功输入，降低供电容量。单元串联矢量控制正弦波脉宽调制叠波输出，6kV 系列每相 6 个单元，大大削弱了输出谐波含量，输出波形几近完美的正弦波。5二、实施方案（主要研究内容、目标、技术方案、工艺流程等）6主要研究内容为高压变频技术在通风系统中的应用。目标是实现鲁新矿井在保障井下通风量达标的前提下，通过变频技术改变电动机的输出功率，达到节能减耗的目的。通过操作台就可以改变变频器输出频率，调整电动机输出功率从而可以调整通风机的风量，简单快捷安全方便。技术方案
4、技术方案：输入侧的降压变压器采用移相方式，原边 Y 形连接，副边采用沿边三角形连接，10kV 系列共 27 副三相绕组，分别为每台功率单元供电。输出侧采用多电平正弦 PWM 技术，无需输出变压器，更不需要任何形式的滤波器，可适用于任何电压的普通交流电机。另外，在某个功率单元出现故障时，可自动退出系统，而其余的功率单元可继续保持电机的运行，减少停机时造成的损失。整套变频器共有 29 个功率单元，每相由 9 台功率单元相串联，并组成 Y形连接，直接驱动电机。每台功率单元电路、结构完全相同，可以互换，也可以互为备用。由此可见，单元串联多电平型变频器的市场竞争力是很明显的。7变频器与 PLC 电控硬连
5、接： 变频器和 PLC 电控采用硬连接：电控把开关量正向起停、反向起停、紧急停机、模拟量频率给定送给变频器，可以控制变频器运行；变频器把开关量运行、故障、就绪、模拟量输出电流、输出频率给电控系统，即可以正常工作。配合如下图所示。高压电机高压电源柜高压变频器主控台控制电源轴编码器接地端分闸合闸允许6kVC6kVB6kVA接地端接地端变频器电流公共端公共端模拟给定高压就绪运行指示故障报警公共端公共端紧急停车反向启停正向启停实施技术方案的优点1） 启动、制动平稳，不对设备产生冲击，延长设备寿命；2） 制动时，将能量回馈电网，节约能源；3） 低速爬行平稳，定位精度高；4） 降低了运行噪声、发热量及粉尘
6、，改善了值班环境；5） 不需转子电阻及切换柜，减小设备占地空间；6） 自动化程度高，操作简单，降低操作人员劳动强度； 7） 转子串电阻调速和变频器调速互为备用。8三、项目创新点（关键技术、特点、技术的先进性）随着现代电力电子技术及计算机控制技术的迅速发展，促进了电气传动的技术革命。交流调速取代直流调速，计算机数字控制取代模拟控制已成为发展趋势。交流电机 变频调速是当今节约电能，改善生产工艺流程，提高产品质量，以及改善运行环境的一种主要手段。变频调速以其高效率，高功率因数，以及优异的调速和启制动性 能等诸多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。 以前的高压变频器，由可控硅整流，可控硅逆变等
7、器件构成，缺点很多，谐波大， 对电网和电机都有影响。近年来，发展起来的一些新型器件将改变这一现状，如 IGBT、IGCT、SGCT 等等。由它们构成的高压变频器，性能优异，可以实 现 PWM 逆变，甚至是 PWM 整流。不仅具有谐波小，功率因数也有很大程度的提高。矢量控制是全数字技术的，功率部分采用 IGBT 的电压源型交流变频传动装置。它给传动装置带来快速性，更高的精度，更高的可靠性，同时效率也更高。新的矢量控制是国际性产品，它适用于世界各地所有重要的电压等级： 3 相 6000V AC、3 相 10000V AC，然而，最大的优点还在于它的最大容许偏差是-20% -+15%。这样，即使在供
8、电电网条件较差的情况下也能充分保证工厂和机械设备的各部分都具有很高的生产率和可用性。9四、技术经济指标频率能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。n = 60f/pn: 同步速度 f: 电源频率 p: 电机极对数改变频率和电压是最优的电机控制方法。输出频率在额定频率以上时，电压却不可以继续增加，最高只能是等于电机的额定电压。鲁新煤矿通风机房电动机额定功率为 1120kw，年用电量约为 kw.h。现在使用高压变频技术后，在保证井下安全通风的前提下，通风机房电动机电压频率为 25Hz28Hz，实际运行功率为 8
9、0kw，这样一台通风机年用电量约为 kw.h。年节约用电费用.2 元。10五、达到的技术水平、经济、社会效益及推广应用前景1、经济效益和社会效益分析频率能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。n = 60f/pn: 同步速度 f: 电源频率 p: 电机极对数改变频率和电压是最优的电机控制方法。输出频率在额定频率以上时，电压却不可以继续增加，最高只能是等于电机的额定电压。鲁新煤矿通风机房电动机额定功率为 1120kw，年用电量约为 kw.h。现在使用高压变频技术后，在保证井下安全通风的前提下，通风机房电动机电
10、压频率为 25Hz28Hz，实际运行功率为 80kw，这样一台通风机年用电量约为kw.h。年节约用电费用.2 元。2、推广应用前景高压变频器具有瞬时停电跟踪功能，实现了高转矩、高精度、宽调速范围驱动。同时具有低速输出转矩大、过载能力强、保护功能齐全、可靠性高、故障率低、维护方便等优点。由于采用了高压变频控制技术，整个运行过程平稳、无级调速、乘坐舒适，减少了机械的冲击，延长了设备使用寿命，产生了非常可观的经济及社会效益。11十、申报单位意见1213通风机房高压变频器技术研究通风机房高压变频器技术研究技术研究报告技术研究报告鲁新煤矿通风机房 2012 年 5 月完成地面整体建筑，9 月开始机械安装
11、，采用两台 10KV，1120KW 的三相异步电动机。风机为轴流式通风机。2012 年11 月 12 日竣工正式运行。通风机采用合康亿盛公司HIVERT系列高压变频技术，输出电压等级为10000V。HIVERT系列高压变频器采用交-直-交方式，主电路开关元件为IGBT。HIVERT变频器采用功率单元串联，叠波升压，充分利用常压变频器的14成熟技术，因而具有很高的可靠性。具体原理图如下：HIVERT高压变频器每相由多个功率单元串联而成，各个功率单元由隔离变压器提供独立移相电源，通过改变串联单元数量，可以很方便地得到不同电压等级的输出，而不受功率器件耐压的限制。如额定电压6kV变频器的每相由5个或
12、是6个功率单元组成，功率单元额定电压为690V或是640V，串联后相15电压为3450V(对应线电压为6kV)；额定电压10kV变频器的每项由9个功率单元组成，功率单元额定电压为690V，工作电压为640V。电压叠加图：功率单元结构图功率单元为交-直-交结构，相当于一个三相输入、单相输出的低压电压源型变频器，所有功率单元在结构以及电气性能上完全一致，维护简单，置换方便。功率单元通过光纤接收信号，采用空间矢量正弦波脉宽调制（PWM）方式，控制Q1Q4 IGBT的导通和关断，输出单相脉宽调制波形。每个单元仅有三种可能的输出电压状态，当Q1和Q4导通时，L1和L2的输出电压状态为1；当Q2和Q3导通
13、时，L1和L2的输出电压状态为-1；当Q1和Q2或者Q3和Q4导通时，L1和L2的输出电压状态为0。16HIVERT通用高压变频器是北京合康亿盛变频科技股份有限公司自主研发和生产的高压（同、异步）交流电机调速装置。变频器采用功率单元串联叠波技术，技术成熟、器件可靠；自主开发的空间矢量控制正弦波PWM调制技术，精度高，响应快，性能优越； LCD全中英操作界面，运行参数一目了然，更符合中国人的使用习惯；功率单元模块化设计，维护方便；输入电压范围宽广，更适合中国电网；输出电压具备AVR（自动调整）及0Hz输出功能，防止高电压损坏电机绝缘启动力矩大，适合启动力矩高负载；转速（飞车）启动和瞬时停电功能，
14、适用于可靠性和连续性要求更高的工况；对电网无谐波污染，功率因数高。HIVERT通用高压变频器电源输入、输出符合最严格的IEEE std 519-1992和GB/T14549-1993标准，无需单独安装输入滤波器，为用户节省谐波治理费用；系统功率因数高，无需功率因数补偿装置，可有效减少无功输入，降低输入容量，减少用户电网增容费用。17（二）通风机房基础工程概况（二）通风机房基础工程概况鲁新矿井通风机房工程位于内蒙古自治区锡林郭勒盟乌拉盖开发区境内，由煤炭工业济南设计研究院有限公司设计。装机容量为两台 10KV，1120KW 三相异步电动机。风机为两台轴流式风机。根据新汶矿业集团公司鲁新矿井施工组
15、织设计中的计划安排鲁新煤矿通风机房必须在 2012 年 11 月份安装使用。（三）高压变频技术方案实施（三）高压变频技术方案实施1 1、高压变频技术与、高压变频技术与 PLCPLC 的结合。的结合。变频器和 PLC 电控采用硬连接：电控把开关量正向起停、反向起停、紧急停机、模拟量频率给定送给变频器，可以控制变频器运行；变频器把开关量运行、故障、就绪、模拟量输出电流、输出频率给电控系统，即可以正常工作。配合如下图所示。高压电机高压电源柜高压变频器主控台控制电源轴编码器接地端分闸合闸允许6kVC6kVB6kVA接地端接地端变频器电流公共端公共端模拟给定高压就绪运行指示故障报警公共端公共端紧急停车反
16、向启停正向启停（附图）182 2、高压变频器基础施工技术、高压变频器基础施工技术（一）产品构成变压器柜隔离变压器：副边多绕组输出，为功率单元提供独立的移相电源，可以大大改善网侧的电流波形，降低设备对电网的谐波污染。变压器冷却风机：根据不同的功率，配置相应的干式变压器专用冷却风机及柜顶离心风机。变压器柜内部结构图19功率单元柜控 制 器：实现空间矢量的PWM控制，信号采集与处理，与单元间光纤通讯，完全电气隔离。功率单元：功率单元模块化设计，可以互换，便于生产和维护。接 口 板：负责系统的数字和模拟信号处理，满足不同应用场合的要求。监 视 器：数字信号处理器(DSP)作控制芯片，全中英文LCD液晶直观显示，用于参数设置、运行记录、故障保存及通讯等功能，无硬盘，操作简易。功率柜内部结构图20单元柜内部结构图系统冷却风机采用德国EBM风机，风量大，寿命长。整体实物图：21外形尺寸：
