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1引言
　　隨著(zhù)我國經(jīng)濟的發(fā)展，各行各業(yè)煤炭的需求量也越來(lái)越大，各大型煤炭企業(yè)紛紛開(kāi)辟新的礦井來(lái)擴大規模，并且利用各種技術(shù)降低生產(chǎn)成本，因此變頻器在煤炭行業(yè)的需求也就越來(lái)越大。
　　主扇風(fēng)機是煤礦通風(fēng)系統中最重要的一部分，它可以說(shuō)是每一個(gè)井下工作人員的呼吸要道，因此它也是煤礦安全生產(chǎn)中最重要的一個(gè)環(huán)節。長(cháng)期以來(lái)，礦井主扇風(fēng)機的功率都比較大，而且一天24小時(shí)不間斷運行，礦井所需的風(fēng)量都是通過(guò)調節風(fēng)門(mén)擋板或葉片角度來(lái)實(shí)現，根據反風(fēng)及開(kāi)采后期運行工況要求，所設計的通風(fēng)機及拖動(dòng)的電動(dòng)機的功率，通常遠大于煤礦正常生產(chǎn)所需的運行功率。風(fēng)機設計上余量特別大，在相當長(cháng)的時(shí)間風(fēng)機一直處在較輕負載下運行，因此，煤礦通風(fēng)系統中存在著(zhù)極為嚴重的大馬拉小車(chē)現象，能源浪費非常突出。
2 用戶(hù)介紹
　　山西焦煤集團正興煤業(yè)有限公司于2009年8月由山西焦煤集團投資有限公司作為主體企業(yè)，重組整合偏關(guān)縣五座煤礦而成，下有九鑫礦、閆家溝礦兩座礦井。九鑫礦生產(chǎn)能力為120萬(wàn)噸/年，其主扇風(fēng)機擔負著(zhù)整個(gè)礦井的通風(fēng)任務(wù)，要求安全穩定性極高，因為風(fēng)機一旦停機，短時(shí)間內就將造成全礦無(wú)法正常生產(chǎn)，控制方式采用調節風(fēng)門(mén)開(kāi)度的大小來(lái)調整風(fēng)量，這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風(fēng)機都要全速運轉，而運行工況的變化則使得能量以風(fēng)門(mén)節流損失消耗掉了。不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費，從而導致生產(chǎn)成本增加，設備使用壽命縮短，設備維護、維修費用高居不下，針對這種情況，礦領(lǐng)導經(jīng)過(guò)論證，決定選用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP34系列中壓變頻調速器4套對主扇風(fēng)機進(jìn)行控制，改造取得了成功。
　　九鑫礦主扇風(fēng)機為兩臺，一用一備，現場(chǎng)1#、2#通風(fēng)機設備參數相同，下面表1、表2給出1#風(fēng)機基本參數。現場(chǎng)主扇風(fēng)機如圖1所示。

3 風(fēng)光牌JD-BP34-270F中壓三電平變頻器介紹
　　風(fēng)光牌JD-BP34-270F中壓三電平變頻器采用高速DSP和CPLD芯片作為主控器件，主電路采用三電平或稱(chēng)中點(diǎn)箝位拓撲結構。友好人機界面可以設置各種參數及實(shí)時(shí)監測運行狀態(tài)。國內較早成功研制三電平變頻器的廠(chǎng)商，產(chǎn)品榮獲山東省科技進(jìn)步獎。
3.1  產(chǎn)品性能特點(diǎn)
（1）主電路采用三電平或稱(chēng)中點(diǎn)箝位拓撲結構，不但能輸出較高電壓，而且能降低輸出電壓諧波成分和電壓變化率dv/dt，輸出波形良好。
（2）輸出端采用三相RLC低通濾波器，將變頻器輸出的三相SPWM波濾成正弦波，有利于保護電機。
（3）采用先進(jìn)的高速DSP和CPLD芯片作為主控器件，保證變頻器的穩定運行。易于操作的人機界面可實(shí)現各種參數的設置及運行狀態(tài)的監控。
（4）不受電網(wǎng)波動(dòng)影響，電機側電壓穩定。增加低頻啟動(dòng)電壓可以補償線(xiàn)路損耗，適應遠距離傳輸（最遠達3000m以上）。
（5）保護功能齊全。設有過(guò)壓、欠壓、硬件過(guò)流、2倍過(guò)流、過(guò)載、欠載、溫升過(guò)高及失速等保護，并配有電機保護儀，變頻器一旦保護，會(huì )立即保存故障數據，便于查找分析，有效保護變頻器及電機。
（6）內置PID調節器，可開(kāi)/閉環(huán)運行。
3.2產(chǎn)品技術(shù)規范

3.3風(fēng)光牌JD-BP34-270F中壓三電平變頻器有關(guān)設計
　　本文僅對該變頻系統的技術(shù)特點(diǎn)簡(jiǎn)述如下，與380V級通用變頻器相同部分不再贅述。
（1）主電路與功率器件的選擇
　　在PWM電壓型380V級變頻器中，一般采用兩電平電路。若用兩電平電路實(shí)現1140V的輸出勢必要用昂貴的高壓管或采用低壓管串聯(lián)結構，由于器件串聯(lián)動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)?wèn)題不易解決，應盡量避免。
　　本設計的整機方塊圖如圖2所示。

圖2  整機主回路

　　其中主電路部分采用三電平電路或稱(chēng)中心點(diǎn)部位（NeturalPointClamped-Npc）方式，它不但能輸出較高電壓，而且能降低輸出諧波和電壓變化率（dv/dt），良好的波形正是本設計的目標之一。圖中的功率開(kāi)關(guān)器件選用西門(mén)子的雙單元IGBT模塊（300A/1700V），采用兩模塊并聯(lián)，整流橋采用300A/1600V雙單元，整流后由兩組大電容器相串聯(lián)組成濾波器，電解電容采用10000UF/400VDC，六串四并，如圖電容器的連接點(diǎn)即本電路的中心點(diǎn)（三電平的中間電平）。主回路可控硅延時(shí)導通，選用350A/1600V的模塊。
（2）載波頻率的選擇
　　提高載波頻率對改善波形、降低噪聲大有好處，可是載波頻率提高，會(huì )使開(kāi)關(guān)損耗增加，所以選擇時(shí)必須權衡利弊，本設備中載波頻率選為2.0kHz，選擇這個(gè)值時(shí)考慮到了輸出端LC低通濾波器電感鐵芯的重量因素。
（3）變頻器有關(guān)參數設置如表4所示。

4改造主回路控制方案
　　正興煤業(yè)九鑫礦主扇風(fēng)機為兩臺，一用一備。風(fēng)機電機變頻器采用一拖一控制，風(fēng)光中壓變頻調速系統由一次回路進(jìn)線(xiàn)柜、變頻單元柜組成。變頻運行時(shí)，變頻器為電機提供全面的保護。如果變頻器在運行中出現故障，立即將備用風(fēng)機投入運行，保證煤礦通風(fēng)生產(chǎn)要求。1#風(fēng)機中壓變頻器柜一次回路如圖3所示。

　　DL：用戶(hù)負荷開(kāi)關(guān)
　　1#、2#BPQ：JD-BP34-270F中壓變頻器
　　D：220kW/1140V異步電動(dòng)機

圖4 中壓變頻器運行照片

圖5 人機界面運行圖

5 現場(chǎng)應用情況
　　正興煤業(yè)九鑫礦主扇風(fēng)機選用型號JD-BP34-270F風(fēng)光變頻器4套，于2012年7月2日一次性投運成功。變頻運行后，風(fēng)門(mén)全部打開(kāi)，運行頻率26Hz左右，不僅完全滿(mǎn)足煤礦生產(chǎn)工藝要求，而且用戶(hù)操作非常方便。變頻器運行穩定。變頻器現場(chǎng)運行如圖4所示，人機界面運行如圖5所示，變頻器運行參數記錄如表5所示。

　　風(fēng)機采用變頻器改造投入運行后，輸入電流從72A下降到30A左右，風(fēng)機電機功率從113.7kW下降到56.9kW，節電率為（113.7kW-56.9kW）/113.7kW=50%。
　　變頻改造的其他優(yōu)點(diǎn)：
（1）采用變頻器后啟動(dòng)風(fēng)機時(shí)可以實(shí)現變頻軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)電流對電網(wǎng)及控制設備的沖擊，可以有效地延長(cháng)電氣設備的使用周期。
（2）按需調節風(fēng)量，調速范圍寬且調速精度高，避免浪費。進(jìn)行變頻改造后，風(fēng)機的風(fēng)量不再需要通過(guò)改變葉片角度來(lái)調節，而是由變頻器通過(guò)調節電機的轉速來(lái)實(shí)現，調節線(xiàn)性度好，因而可以根據井下生產(chǎn)需要隨時(shí)調節風(fēng)量，避免了浪費。
（3）降低了風(fēng)機的工作強度，延長(cháng)了使用壽命。進(jìn)行變頻改造后，風(fēng)機的大部分時(shí)間工作在低速狀態(tài)下，因而大大降低了風(fēng)機的機械強度和電氣沖擊，大大延長(cháng)了風(fēng)機壽命，提高了風(fēng)機的安全運行系數和運行周期。
（4）變頻器具有短路、過(guò)載、過(guò)壓、欠壓、缺相等各種保護，有效地保護了電機。
（5）改善了現場(chǎng)工作環(huán)境，由于降低了風(fēng)機的轉速，風(fēng)機噪聲大大降低，深受現場(chǎng)工作人員的歡迎。
（6）減少了反風(fēng)中的操作環(huán)節，以前反風(fēng)需要操作系統的立式風(fēng)門(mén)、水平風(fēng)門(mén)以及反風(fēng)風(fēng)門(mén)，工序繁多而且經(jīng)常出現倒錯風(fēng)門(mén)的事故。現在使用軸流式風(fēng)機和變頻器控制后，反風(fēng)時(shí)極其簡(jiǎn)單，只要在人機界面上將運行頻率調整為負的頻率，電機就會(huì )先減速至零點(diǎn)然后再反轉到所調頻率，這期間不用再調整整個(gè)風(fēng)門(mén)系統，減少了工作量，降低了操作過(guò)程中的故障率。
6結束語(yǔ)
　　正興煤業(yè)九鑫礦主扇風(fēng)機經(jīng)過(guò)變頻改造之后，不僅達到了良好的節能效果，并且使整套通風(fēng)系統的穩定性提高了一個(gè)大臺階。隨著(zhù)國家對節能減排工作的越來(lái)越重視，煤礦企業(yè)通過(guò)各種措施降低生產(chǎn)成本，其中變頻技術(shù)起到了關(guān)鍵作用，取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，適應了國家建設資源節約型社會(huì )的潮流。