2017-06-20 16:19:47

1 引言


近年來,國家節能形勢日益嚴峻,節能已成為全社會普遍關注的話題之一,各大型煤炭企業也紛紛利用各種先進技術以降低生產成本,而拖動高壓電機的變頻器在煤炭行業的需求也就越來越大。

主扇風機是煤礦通風係統中最重要的設備,是煤礦安全生產中最重要的一個環節。從工頻運行時電動機的狀態來看,電機長期保持在工頻運行狀態,當用戶需要調節風量和風壓時,主要是通過調節風機葉片角度或風門開度來實現,其實質上是通過犧牲風機效率的方式來降低風壓,這樣就造成了不必要的能源浪費,葉片在切割流體時的角度偏差或做功在風門上增加了風機的機械損耗,沒有達到經濟運行的目的,而且一天24h不間斷運行,根據反風及開采後期運行工況要求,所設計的通風機及拖動的電動機的功率,通常遠大於煤礦正常生產所需的運行功率。風機設計的餘量大,在相當長的時間內風機一直處在較輕負載下運行,因此,煤礦通風係統中存在著極為嚴重的大馬拉小車現象,能源浪費非常突出。因此,主扇風機的變頻節能改造勢在必行。




2 現場情況簡介

山西古縣蘭花寶欣煤礦位於山西省古縣,主扇風機擔負著整個礦井的通風任務,要求安全穩定性極高,風機一旦停機,短時間內就將造成全礦無法正常生產,通風調節方式采用調節風門開度的大小來調整風量,不論生產需求的風量大小,風機都要工頻全速運轉,而運行工況的變化則使得能量以空氣在風門上做功損失消耗掉了。不僅控製精度低,而且還造成大量的能源浪費和設備損耗,從而導致生產成本增加,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,經過電氣技術人員反複的調查研究,決定采用上海雷諾爾科技股份有限公司生產的RNHV智能型高壓變頻器對其進行節能改造。




3 主扇風機的節能原理

由流體力學可知,P(功率)=Q(風量)╳ H(壓力),風量Q與轉速N的一次方成正比,壓力H與轉速N的平方成正比,功率P與轉速N的立方成正比,主扇風機控製是借助改變風門開度的大小來調節風量的,其實質是改變管道中氣體阻力的大小來改變風量。因為風機的轉速不變,其特性曲線保持不變, 當風門全開時,風量為Qa,風機的壓頭為Ha。若關小風門,管阻特性曲線改變,此時風量為Qb,風機的壓頭到Hb。則壓頭的升高量為:ΔHb=Hb-Ha。於是產生了能量損失:ΔPb=ΔHb×Qb。

而借助改變給風機的轉速來調節風量,其實質是通過改變所輸送氣體的能量來改變風量。因為隻是轉速變化,風門的開度不變,管阻特性曲線也就維持不變。額定轉速時風量為Qa,壓頭為Ha。當轉速降低時,特性曲線改變,風量變為Qc。此時,假設將風量Qc控製為風門控製方式下的風量Qb,則風機的風量將降低到Hc。因此,與風門控製方式相比壓頭降低了:ΔHc=Ha-Hc。據此可節約能量為:ΔPc=ΔHc×Qb。與風門控製方式相比,其節約的能量為:P=ΔPb+ΔPc=(ΔHb-ΔHc)×Qb。

將這兩種方法相比較可見,在風量相同的情況下,轉速控製避免了風門控製下因壓頭的升高和管阻增大所帶來的能量損失。在風量減小時,轉速控製使壓頭反而大幅度降低,所以它隻需要一個比風門控製小得多的,得以充分利用的功率損耗。
由上述可知,當要求調節風量下降時,轉速N可成比例的下降,而此時軸輸出功率P成立方關係下降。即風機電機的耗電功率與轉速近似成立方比的關係。




4 雷諾爾高壓變頻器的特點

RNVH-A係列高壓變頻器采用多單元串聯多電平技術,屬於高-高電壓源型變頻器,可直接6KV/10KV輸入,直接6KV/10KV輸出。以6KV係列為例,每相由5個功率單元串聯,各個功率單元由輸入隔離變壓器的二次隔離線圈分別供電,輸出三相構成Y形,直接給6KV電機供電。



??6KV高壓變頻器係統拓撲結構圖

??


功率單元結構為交-直-交方式,每個功率單元主要由輸入熔斷器、三相全橋整流器、電容器組、IGBT逆變橋、直流母線和旁通回路構成,同時還包括控製驅動電路。每個單元為三相輸入,單相輸出的脈寬調製型變頻器。其輸出的電壓狀態為1、0、-1,每相五個單元疊加就可以產生11種不同的電壓等級。

該結構使用低壓器件實現了高壓輸出,降低了對功率器件的耐壓要求,對電網諧波汙染非常小。輸入功率因數高,不必采用輸入諧波濾波器和功率因數補償裝置,輸出波形接近正弦波。不存在諧波引起的電機附加發熱、轉矩脈動、噪音、dv/dt及共模電壓等問題的特性,不必加輸出濾波器,就可以使用普通的異步電機。

每個功率單元由移相變壓器的一組副邊繞組供電,通過三相全橋整流器將交流輸入變為直流。電子控製部件接收主控係統發送的PWM信號並通過控製IGBT的工作狀態,輸出PWM電壓波形。監控電路實時監控IGBT和直流母線的狀態,將狀態反饋回主控係統。

將每相N個功率單元輸出的PWM電壓波形進行疊加,產生出2N+1個電壓階梯的多重化相電壓波形,5個功率單元輸出的PWM波形及疊加之後的相電壓波形如圖所示:

第1頁  第2頁  

http://www.autooo.net/papers/paper/2017-06-20/172337.html