礦用變頻器選型研究

都沁軍

（山西沁和能源集團曲堤煤業有限公司， 山西 晉城 048203）

引言

礦用變頻器是一種現代電力電子設備，保持變電機原有性能，僅僅改變供給電機頻率和改變電壓大小，進而調節電機轉速，當電機轉速改變時，相應風速和風量隨之改變。礦用變頻器用途廣，不僅能夠實現自動化，還能根據電機負載實現提高產量、增高產品質量和實現節能，延長設備使用壽命。

1 礦用變頻器構成

礦用變頻器主要由變壓柜、單元柜和控制柜三個部分組成。

1.1 隔離變壓器柜

隔離變壓器被裝入在隔離變壓器柜中，不需要升降變壓器變壓，高壓電壓電源直接作為輸入電壓，給大功率的高壓電機進行調速。

1.2 功率單元柜

功率單元中的電氣和機械特性相同，功率單元柜主要安裝礦用變頻器里功率單元，功率單元串聯疊加，形成變頻器的輸出電壓，輸出電壓經電線輸入給負載設備使用。

1.3 低壓控制柜

主控系統和I/O接線是低壓控制柜主要場所。核心微機版是主控系統控制其他設備工作的指揮長。變頻器的信號被送到模數轉換板，經周期轉換后，模數轉換板把反饋信號輸送到微機板，通過數字調制器給功率單元發送開關指令，確定需要輸出的電壓。

2 礦用變頻器選型設計

2.1 電路元件二極管選型

礦用變頻器電路元件二極管選型通過計算額定電壓和額定電流確定。

額定電壓：

式中：URRM為二極管額定電壓，V；UAC為電源線電壓值，取1 140 V；α為安全系數，取2。

將數值代入公式得：URRM≥3 224 V。

額定電流：

式中：IFAVM為二極管額定電流，A；IR為變頻器額定電流，54 A。

將數值代入公式得：IFAVM≥168 A。

根據二級管額定電壓和額定電流計算結果選擇，二極管型號選擇DD175N34K，該二極管額定電壓和額定電流分別為3 500 V、180 A。

2.2 變頻器電容選型

對變頻器電容的選型，主要考慮電容的電壓平均值和電容值[1]。

電壓平均值：

電容值：

式中：C為電容值，μF；RL為輸出電阻，取35.53 Ω；其中T=1/f，f為三相全波整流頻率，取300 Hz。

將數值代入公式得：C=281～470μF。

從理論公式來分析，濾波電容值越大效果越理想。但電容值不可能無限大，采用多個2 200 μF/400 V的電容礦井實際工作中進行串聯或者并聯使用，來盡量增大電容值。在電容旁并聯電壓相同且阻值相等電阻[2-3]，目的是避免電解電容出現大離散，電壓波動，損壞電氣設備。

2.3 驅動模塊選型

礦用變頻器驅動模塊選用2SD315AI-33型[4]。該類型驅動模塊不僅可以用在3 000 V以上高壓中，而且還具有工作可靠和運行安全等優點。驅動模塊把專用芯片組作為基礎，其他元器件相輔而成。利用脈沖式進行變壓隔離，可以給提供峰值電流，還能保護過載，驅動精準，靈活調整。礦用變頻器驅動模塊實物圖見圖1所示。

圖1 驅動模塊

2.4 檢測元件傳感器選擇

檢測母線的電壓，需要將電壓轉換成電流信號，在經濾波處理即可得到準確的數值。在檢測電壓時，傳感器LV100收集信號比較精準。整個運行線路中檢測電壓電路如圖2所示，傳感器收集到的信號輸入DSP進行處理[5-6]。

檢測電機電流選用LT208-S7型電流霍爾傳感器，它能夠將電流信號轉換成電壓信號，經DSP處理成直流電壓。采集電流信號檢測電路如圖3所示。

圖2 檢測電路電壓路線

圖3 檢測電路電流路線

3 結語

礦用變頻器可改變電機轉速，具有精準、快速、保護電機等優點，變頻器調速通風機，能夠實時在線監測風機風量和風速。