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中压变频器在煤矿主扇风机上的应用

信息时间:2014-05-29 信息来源:山东新风光电子科技发展有限公司

      1引言

      随着我国经济的发展,各行各业煤炭的需求量也越来越大,各大型煤炭企业纷纷开辟新的矿井来扩大规模,并且利用各种技术降低生产成本,因此变频器在煤炭行业的需求也就越来越大。

      主扇风机是煤矿通风系统中最重要的一部分,它可以说是每一个井下工作人员的呼吸要道,因此它也是煤矿安全生产中最重要的一个环节。长期以来,矿井主扇风机的功率都比较大,而且一天24小时不间断运行,矿井所需的风量都是通过调节风门挡板或叶片角度来实现,根据反风及开采后期运行工况要求,所设计的通风机及拖动的电动机的功率,通常远大于煤矿正常生产所需的运行功率。风机设计上余量特别大,在相当长的时间风机一直处在较轻负载下运行,因此,煤矿通风系统中存在着极为严重的大马拉小车现象,能源浪费非常突出。

      2 用户介绍

      山西焦煤集团正兴煤业有限公司于2009年8月由山西焦煤集团投资有限公司作为主体企业,重组整合偏关县五座煤矿而成,下有九鑫矿、闫家沟矿两座矿井。九鑫矿生产能力为120万吨/年,其主扇风机担负着整个矿井的通风任务,要求安全稳定性极高,因为风机一旦停机,短时间内就将造成全矿无法正常生产,控制方式采用调节风门开度的大小来调整风量,这样,不论生产的需求大小,风机都要全速运转,而运行工况的变化则使得能量以风门节流损失消耗掉了。不仅控制精度受到限制,而且还造成大量的能源浪费,从而导致生产成本增加,设备使用寿命缩短,设备维护、维修费用高居不下,针对这种情况,矿领导经过论证,最后决定选用山东新风光电子科技发展有限公司生产的JD-BP34系列中压变频调速器4套对主扇风机进行控制,改造取得了成功。

      九鑫矿主扇风机为两台,一用一备,现场1#、2#通风机设备参数相同,下面表1、表2给出1#风机基本参数。现场主扇风机如图1所示。

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      3 风光牌JD-BP34-270F中压三电平变频器介绍

      风光牌JD-BP34-270F中压三电平变频器采用高速DSP和CPLD芯片作为主控器件,主电路采用三电平或称中点箝位拓扑结构。友好人机界面可以设置各种参数及实时监测运行状态。国内第一个成功研制三电平变频器的厂商,产品荣获山东省科技进步奖。

      3.1 产品性能特点

      (1)主电路采用三电平或称中点箝位拓扑结构,不但能输出较高电压,而且能降低输出电压谐波成分和电压变化率dv/dt,输出波形良好。

      (2)输出端采用三相RLC低通滤波器,将变频器输出的三相SPWM波滤成正弦波,有利于保护电机。

      (3)采用先进的高速DSP和CPLD芯片作为主控器件,保证变频器的稳定运行。易于操作的人机界面可实现各种参数的设置及运行状态的监控。

      (4)不受电网波动影响,电机侧电压稳定。增加低频启动电压可以补偿线路损耗,适应远距离传输(最远达3000m以上)。

      (5)保护功能齐全。设有过压、欠压、硬件过流、2倍过流、过载、欠载、温升过高及失速等保护,并配有电机保护仪,变频器一旦保护,会立即保存故障数据,便于查找分析,有效保护变频器及电机。

      (6)内置PID调节器,可开/闭环运行。

      3.2产品技术规范

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      3.3风光牌JD-BP34-270F中压三电平变频器有关设计

      本文仅对该变频系统的技术特点简述如下,与380V级通用变频器相同部分不再赘述。

      (1)主电路与功率器件的选择

      在PWM电压型380V级变频器中,一般采用两电平电路。若用两电平电路实现1140V的输出势必要用昂贵的高压管或采用低压管串联结构,由于器件串联动态均压问题不易解决,应尽量避免。

      本设计的整机方块图如图2所示。

      图2 整机主回路

      其中主电路部分采用三电平电路或称中心点部位(NeturalPointClamped-Npc)方式,它不但能输出较高电压,而且能降低输出谐波和电压变化率(dv/dt),良好的波形正是本设计的目标之一。图中的功率开关器件选用西门子的双单元IGBT模块(300A/1700V),采用两模块并联,整流桥采用300A/1600V双单元,整流后由两组大电容器相串联组成滤波器,电解电容采用10000UF/400VDC,六串四并,如图电容器的连接点即本电路的中心点(三电平的中间

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