6kV/10kV 250-12500kW矿井风机用高压变频器

启动柜

对于大功率变频器（6kV系统适配电机功率≥2500kW / 10kV系统适配电机功率≥4000kW），系统增配启动柜。启动柜可以有效抑制变压器上电瞬间的激磁涌流，防止引起上级电源柜速断保护装置动作，还可以为单元直流电容预充电。

合康矿井风机用高压变频器有HIVERT-YK和HIVERT-TK两种系列。其中，HIVERT-YK适配异步电机，HIVERT-TK适配同步电机。这两种系列变频器均由移相变压器、功率单元和控制系统（包括：控制器、接口板和人机界面）构成。

大功率变频器（6kV系统适配电机功率≥2500kW / 10kV系统适配电机功率≥4000kW）增配启动柜；此外，用户可根据需求选配旁路柜。

变压器

隔离变压器为干式变压器，采用强迫风冷：原边为星形接法，与进线高压直接相连或通过启动柜相连；副边绕组为延边三角形接法，绕组间有固定的相位差，通过电抗器为功率单元提供电源。

变压器配有温控仪，控制系统通过温控仪实时监控变压器绕组温度：当变压器绕组温度较高时，系统发出轻故障报警并开启变压器底部风机；当温度超过报警或跳闸设定值时，系统发出轻故障报警或跳闸信号。

功率单元

功率单元输入端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。

控制系统

控制系统由控制器、接口板和人机界面（包括柜门按钮等）组成。

适应电网的能力

HIVERT-Y(T)K系列变频器可以在电网电压跌落不超过额定值的20%，或上升不超过额定值的15%时正常平稳运行。此外，HIVERT-Y(T)K系列变频器还设有电网掉电情况下的相关功能选项，用户可根据需求选择设置：在电网掉电不超过1s时，变频器具有抗波动、持续运行的功能（即瞬时停电功能）；在电网长时间掉电后恢复送电时，变频器具有自启动的功能（即高压失电自启动功能）。

反转功能

HIVERT-Y(T)K系列变频器具备反转功能，用户可根据现场需求设置相关参数：当选择变频器参数反转允许时，无需进行硬接线调相，只需调节给定频率为负数，电机即可进入反转模式。当井下发生火灾等重大事故时，矿井风机可立即进入反转模式，避免灾害扩大，保护人身安全。

同步电机同步启动功能

同步电机启动时一般必须先异步启动，使电机运行到“亚同步转速”时，然后给转子施加励磁，使电机进入同步运行状态。这中传统的同步电机启动方式有异步启动电流大、同步投励电流波动等诸多缺陷。而HIVERT-TK系列变频器驱动同步电机启动运行时，可以预先给定转子励磁电流，再启动变频器，即可直接将同步电机拖入同步状态运行，实现了同步电机的“同步启动”。在同步启动方式下，启动电流小，并且电流波动小。

多种控制方式选择

HIVERT-Y(T)K系列变频器具有本地、远程、上位三种控制方式，不同控制方式可以自由切换，用户可根据现场需求进行选择。在矿井风机正常工作情况下，变频器可设置为远程控制或上位控制方式，在中控室进行监控；在需要现场操作变频器以及系统联调时，一般要求对变频器进行本地操作，这时可选择变频器为本地控制方式，即在变频器人机界面上直接对变频器进行操作。

保护功能

HIVERT-Y(T)K系列变频器具有电机过流、变频器限流、变频器过流、单元过压、过热保护等功能，*大限度的保障了系统自身和用户设备的安全。

矿井风机用高压变频器——HIVERT-Y(T)K系列

※超出范围请咨询北京合康亿盛变频科技股份有限公司

矿用风机异步

矿用风机同步

备注：关于220V和1140V的选型，请来电咨询本公司。

HIVERT高压变频器在矿井主通风机上的应用

摘 要：介绍了矿井主通风机高压变频调速装置的关键技术研究，以及在海孜矿中央风井的现场应用效果。

关键词：主通风机；对旋式；高压变频；

一、概述

矿井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，对煤矿的安全生产影响重大。矿井主通风机全年不停地运行，其电耗量较大，平均电耗约占矿井电耗的15％。近年来，我国矿井多采用对旋式通风机，该类型风机采用交流隔爆异步电机双电机拖动。该类型风机传统的调节系统是根据风量所需的多少，靠调节叶片角度来实现的，这种调节必须在风机停机时才能进行，只适合较长阶段的风量调节，调节起来也不方便，可调范围也不大(一般一度为一单位)，电机全速运行，节电不明显。另一种调节系统是调节风机电机转速，通过比较变频调速的方法是异步电机*有发展前途的调速方法。

淮北矿业集团公司海孜矿中央风井配置两台BD-II-8-№26型对旋风机，一用一备，每台风机配置两台450kW、6kV防爆型鼠笼电机。因矿井通风系统变化，目前虽然风机叶片角度已调到*小，并使用风门调节风量。这样造成风机系统运行效率低下，电能浪费惊人，运行状况差，增加了维修工作量。

如果采用高压交流变频调速技术，由于两个电机的参数一样，可以由一台1000kW容量的高压变频器控制两台电机，开环定速运行，风量风压控制在满足矿井的需要，能大大降低能耗，减少维修工作量。2006年9月，淮北矿业集团公司与北京合康亿盛公司合作研制的主通风机高压变频调速装置在海孜矿中央风井投入运行，效果良好。

二、利用高压变频器的优势

用高压变频调速装置对风机的拖动电机供电，通过改变频率，调整风机的转速，用降速的办法来降低风量，直至满足矿井需要。用一套高压变频调速装置，通过切换开关，可以分别拖动两台风机，具有一拖二功能。如高压变频调速装置出现故障，发出报警，可切换到工频运行，保证风机不停风，不影响矿井通风。高压变频器采用单元串联多电平方式，谐波成分小，功率因数高。

通过高压变频调速装置，风机可以根据矿井通风需要随时调速运行，使风机始终运行在高效区。采用计算机进行过程控制，安全可靠，维护量小。国产高压变频调速技术在矿井大功率通风机上的首次应用，具有其应用的特殊性，通风机停机10分钟即为重大事故，因此对变频器的可靠性及系统的安全性设计要求很高。海孜矿中央风井是对旋式轴流风机，起动力矩大，采用低速补偿方式，使变频器在低速时具有良好的转矩输出特性。通风机为一用一备，为了节省投资，采用切换柜使变频器能在两台风机之间切换，实现一拖二功能。变频器与计算机之间的通讯，采用RS485隔离端口MODBUS RTU 通讯规约，实现计算机对变频器的监视和控制。图一是风机供电系统图。

图1风机供电系统图

三、高压变频调速系统原理

1、系统结构

HIVERT系列高压变频器采用交-直-交直接高压（高-高）方式，主电路开关元件为IGBT。由于IGBT耐压所限，无法直接逆变输出6kV，而因开关频率高、均压难度大等技术难题无法完成直接串联。HIVERT变频器采用功率单元串联，叠波升压，充分利用常压变频器的成熟技术，因而具有很高的可靠性。它对电网谐波污染小，输入功率因数高，不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置；输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机。

图2变频器主回路图

2、功率单元

功率单元原理见图3，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。

图3功率单元原理图

四、变频改造实现的效果：

1、节电效果显著。改造前海孜矿中央风井风机运行效率低，在45％以下，采用高压变频调速装置后，风机效率提高到78％以上，年节电92万KWh。

2、变频器根据设定频率调节电动机的转速，实现风机的转速自动控制，投入变频器后风机进风闸门全部打开，还可以实现风机的远程联网控制，实现无人操作。

3、减少了对电网的冲击。采用变频调节后，系统实现软启动，电机启动电流不超过额定电流，启动时间相应延长，对电网无冲击，延长了电机及风机的使用寿命。

4、维护量减少。采用变频调速后，由于启动平稳，低速运行，风机的振动、噪音和温度明显降低，相应地延长了许多零部件，特别是密封、轴承的寿命。有效延长了检修周期，减少了检修维护量，节约大量维护费用。

五、结论

本项目研究成果适用于矿井轴流式（含对旋式）、离心式主扇风机。目前，我国煤矿大量主扇风机能力富裕、长期低效运行。为调整风量，采用减小进风闸门开启高度、改变叶片角度等方法，造成大量电能的浪费。通过主扇风机的变频调速运行，既能方便改变风机运行工况点，又能提高主扇风机运行效率、运行稳定性和自动化程度，节约大量电能。将单元装置的IGBT等功率元件增大后，*大可满足4000KW功率要求。