交直交高压变频器在煤矿主通风机中的应用

矿风井主通风机通过采用交直交高压变频器，实现通风机运行的变频调速，取得显著的节能效果，降低通风机的机械强度和电气冲击，延长使用寿命，提高负载功率因素，杜绝工作人员的误操作现象，提高通风机的安全运行系数和运行周期。阐述变频器调速的原理，介绍交直交高压变频器的系统结构和工作原理。

0引言

煤矿主通风机用于向井下提供新鲜风流、排除污浊空气和有害气体，是煤矿安全生产的主要用电设备之一，平均电耗约占煤矿电耗的15%，其节能运行在煤矿节电中占有重要的地位。煤矿主通风机在设计选型时，往往以最大开采量时所需的风量为依据，一般都留有余量，无法进行调速运行，只能通过调整风机叶片角度和风道挡板来控制风量和风压。这种办法虽然简单，但很不经济，运行中通风阻力增大造成电能的大量浪费，且通风能力余量越大浪费越大。全国各大中小型煤矿企业中，普遍存在主通风机运行效率低，浪费严重的问题。在风机的实际使用中，运行效率只有少数达到70%，通常为50%，少数仅为30%左右。利用变频调速技术实现通风机的风量调节将是最理想、最有效、最节能的调节方法。

1通风机及变频器技术参数

我矿主通风机采用南阳防爆集团有限公司的FBCDZNo.25/2×250型轴流式通风机，电机额定功率：2×250kW。变频器采用HIVERT-Y06/077交直交高压变频器，额定输入电压：6kV，额定输出电压：6kV，额定输出容量：800kVA，输出频率范围：-50Hz～50Hz，频率步进：0.01Hz，调制技术：空间矢量控制的正弦波PWM技术，冷却方式：强迫风冷。

2变频器原理概述

交直交高压变频器由移向隔离变压器、功率单元和控制系统组成。

2.1移相隔离变压器

移相隔离变压器为干式变压器，采用强迫风冷；原边为Y接法，与进线高压直接相连；副边绕组为延边三角形接法，副边绕组间有一定的相位差。

副边绕组为功率单元提供电源，绕组间相位差由功率单元数量及变频器电压等级而定。我矿采用的HIVERT-Y06/077交直交高压变频器每相串联5个功率单元，单元额定电压690V，输出相电压3450V，输出线电压6000V，移相角度12°，每相电压有11个电压等级。功率单元的输出电压经过功率单元串联叠波升压后，三相输出采用Y接线，中性点悬浮，得到线电压为6000V的可变频三相高压电源。串联的功率单元在增加电压等级数的同时，相邻电压等级之间的电压变化值大为减低，减少了dv/dt对主通风机电机绝缘的破坏，并明显降低了变频器输出电压的谐波含量。

2.2功率单元

输入电源端R、S、T接变压器二次线圈的三相低压输出，三相二极管全波整流为直流环节电容充电，电容上的电压提供给由IGBT组成的单相H形桥式逆变电路。

功率单元通过光纤接收信号，采用空间矢量正弦波脉宽调制（PWM）方式，控制IGBT的导通和关断，输出单相脉宽调制波形。

功率单元具有单元旁路功能，当某个单元发生熔断器故障、过热和IGBT故障而不能继续工作时，该单元及其另外两相相应位置上的单元将自动旁路，此时IGBT封锁输出，可控硅导通，以保证变频器连续工作，并发出旁路告警。

每个功能单元内有独立的一块控制板和一块驱动板。控制板通过光纤接收来自控制器的信号，经接收解码器解码后用于对IGBT及旁路开关（可选）的控制。同时，控制板上还有各种单元故障检测电路，如过热检测、缺相检测、直流母线过压检测、电源故障监测、光纤故障监测、驱动故障检测等，这些故障信号经过故障编码逻辑电路编码后，由光纤发送回控制器，实现故障保护（接口板输出故障保护跳闸及故障报警指示）和故障记忆（人机界面记录并显示故障原因、时间、位置）。

2.3控制系统

变频器的控制系统由I/O接口板、控制器和人机界面三个部分组成。控制器由一块电源板、三块光纤板、一块主控板和一块信号板组成。

电源板可以提供±15V、＋5V的电源，分别对信号板与控制板供电。

光纤板与功率单元之间采用光纤进行数据信号传输，每一相串联的所有功率单元由一块光纤板控制。光纤板周期性发出工作模式或脉宽调制（PWM）信号至功率单元。功率单元接收光纤板发出的状态型号和触发指令，并且在发生故障及时反馈故障信号至光纤板。

主控板与人机界面主控板通过RS232通讯端口进行数据交换，接受来自人机界面主控板的参数设置，并将变频器运行状态参数提供给人机界面主控板。主控板通过数字信号处理器（DSP），采用正弦空间矢量方式产生脉宽调制的三相电压指令，实现控制电机的功能。

信号板将变频器的输出电流、电压等模拟信号隔离、滤波和转换量程，并将处理后的信号用于变频器的保护、控制和主控板的数据采集。