三電平H橋級聯(lián)高壓變頻器在煤礦通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

肖海勃+秦振

摘 要：變頻調(diào)速技術(shù)具有節(jié)能、高效等諸多優(yōu)點(diǎn)，煤礦風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用適用于煤礦工作環(huán)境。本文主要是介紹一種新型三電平H橋級聯(lián)高壓變頻器技術(shù)的原理和特點(diǎn)，進(jìn)而闡述其應(yīng)用以及發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：三電平；H橋級聯(lián)；高壓變頻器；通風(fēng)機(jī)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.051

1 概述

隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，變頻器在國民工業(yè)領(lǐng)域上得到了廣泛的應(yīng)用。在煤礦風(fēng)機(jī)調(diào)速上，采用變頻調(diào)速，具有電機(jī)啟動電流小，調(diào)速精度高，調(diào)速方便，節(jié)能顯著，是礦井通風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能的理想方法。河南安陽龍山礦通風(fēng)機(jī)電機(jī)選配YBF5M1-8 355kW×2 ， 6kV風(fēng)機(jī)專用隔爆型三相異步電動機(jī)，變頻器采用徐州中礦大傳動與自動化公司生產(chǎn)的HVD1000三電平電平技術(shù)。該變頻器具有功率器件少、結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，運(yùn)行可靠，諧波小，功率因數(shù)高等特點(diǎn)。

2 HVD1000變頻器原理

2.1 主回路結(jié)構(gòu)

HVD1000緊湊型變頻器采用三電平單元混聯(lián)技術(shù)，屬于交-直-交、高-高方式變頻器，全部功率單元分為數(shù)量相同的三組，組內(nèi)串聯(lián)。電網(wǎng)高壓電壓經(jīng)過移相變壓器隔離分組輸出具有一定相位差的低電壓，為串聯(lián)的功率單元供電。在功率單元內(nèi)經(jīng)過12脈動不控整流后，功率單元逆變輸出單相交流電壓，通過每相各單元的串聯(lián)實(shí)現(xiàn)高壓輸出三相Y型輸出，輸出電平數(shù)達(dá)到25個電平，輸出波形接近完美正弦波。圖1為HVD1000型變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

2.2 移相變壓器

三電平H橋級聯(lián)變頻器整流采用多重化整流技術(shù)，因此采用移相變壓器作為整流變壓器，移相的目的是使整流變壓器二次繞組的同名端線電壓之間有一個相位移，移相變壓器的二次側(cè)分為多繞組形式，每個繞組采用延邊三角形移相。變頻器輸入側(cè)每一相有3對三相移相繞組，各移相組的角差為10°，使網(wǎng)側(cè)具有較高的功率因數(shù)。

2.3 變頻器功率單元

三電平H橋級聯(lián)變頻器的每一個功率單元的輸入部分采用2個三相全橋整流橋串聯(lián)，2組三相交流電源通過整流橋，形成12脈波電壓，支撐電容采用自愈式薄膜電容，從而得到三電平H橋逆變電路所需要的正、負(fù)、零母線，輸出逆變部分為三電平二極管鉗位電路。圖2為一個功率單元結(jié)構(gòu)圖。

2.4 變頻器控制器

全數(shù)字變頻矢量控制器采用結(jié)構(gòu)，以32位數(shù)字信號處理器為核心，實(shí)現(xiàn)：速度閉環(huán)控制、單位功率因數(shù)控制、變頻矢量控制、電流閉環(huán)控制，故障診斷等功能。在控制方式上，通過高性能矢量控制算法，將功率變換裝置和電機(jī)作為整體考慮，實(shí)現(xiàn)高性能調(diào)速的前提下，對網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)、網(wǎng)側(cè)諧波、電機(jī)定子側(cè)、網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)等系統(tǒng)關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行調(diào)控，滿足系統(tǒng)運(yùn)行在較低的開關(guān)頻率、較小的進(jìn)線電抗實(shí)現(xiàn)能量流動、單位功率因數(shù)控制、正弦的網(wǎng)側(cè)電流，使變頻器對電網(wǎng)無污染。

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況

安陽龍山礦選用中礦大傳動與自動化有限公司HVD1000光變頻器2套，2016年6月一次投運(yùn)成功。變頻運(yùn)行后，風(fēng)門全部打開，運(yùn)行頻率25Hz左右，不僅完全滿足煤礦生產(chǎn)工藝要求，而且用戶操作非常方便。變頻器運(yùn)行穩(wěn)定。節(jié)能顯著。與傳統(tǒng)全壓運(yùn)行方式相比，節(jié)能在40%以上。采用變頻運(yùn)行，風(fēng)機(jī)的大部分時間工作在低速狀態(tài)下，降低了風(fēng)機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度和電氣沖擊，延長了風(fēng)機(jī)壽命，提高了風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行系數(shù)和運(yùn)行周期。改善了現(xiàn)場工作環(huán)境，降低了操作過程中的故障率。

4 結(jié)束語

徐州中礦大傳動與自動公司HVD1000型高壓變頻器在安陽龍山礦的到了成功應(yīng)用，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定、節(jié)能效果明顯，可以根據(jù)用風(fēng)量的多少進(jìn)行調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。該變頻器也可以廣泛的應(yīng)用到電力、冶金、石化、水泥、等高壓電機(jī)驅(qū)動的行業(yè)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

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