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中壓變頻器在煤礦主扇風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

時(shí)間:2013-05-22 11:16:23來源:劉殿珍 段偉峰

導(dǎo)語:?本文介紹了風(fēng)光牌中壓變頻器在正興煤業(yè)主扇風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用情況。應(yīng)用結(jié)果表明,采用中壓變頻器對(duì)煤礦主扇風(fēng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行調(diào)速節(jié)能改造,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

1引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,各行各業(yè)煤炭的需求量也越來越大,各大型煤炭企業(yè)紛紛開辟新的礦井來擴(kuò)大規(guī)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)的需求也就越來越大。

主扇風(fēng)機(jī)是煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中最重要的一部分,它可以說是每一個(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(jié)。長期以來,礦井主扇風(fēng)機(jī)的功率都比較大,而且一天24小時(shí)不間斷運(yùn)行,礦井所需的風(fēng)量都是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板或葉片角度來實(shí)現(xiàn),根據(jù)反風(fēng)及開采后期運(yùn)行工況要求,所設(shè)計(jì)的通風(fēng)機(jī)及拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的功率,通常遠(yuǎn)大于煤礦正常生產(chǎn)所需的運(yùn)行功率。風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)上余量特別大,在相當(dāng)長的時(shí)間風(fēng)機(jī)一直處在較輕負(fù)載下運(yùn)行,因此,煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中存在著極為嚴(yán)重的大馬拉小車現(xiàn)象,能源浪費(fèi)非常突出。

2用戶介紹

山西焦煤集團(tuán)正興煤業(yè)有限公司于2009年8月由山西焦煤集團(tuán)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120萬噸/年,其主扇風(fēng)機(jī)擔(dān)負(fù)著整個(gè)礦井的通風(fēng)任務(wù),要求安全穩(wěn)定性極高,因?yàn)轱L(fēng)機(jī)一旦停機(jī),短時(shí)間內(nèi)就將造成全礦無法正常生產(chǎn),控制方式采用調(diào)節(jié)風(fēng)門開度的大小來調(diào)整風(fēng)量,這樣,不論生產(chǎn)的需求大小,風(fēng)機(jī)都要全速運(yùn)轉(zhuǎn),而運(yùn)行工況的變化則使得能量以風(fēng)門節(jié)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(fèi),從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加,設(shè)備使用壽命縮短,設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用高居不下,針對(duì)這種情況,礦領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)過論證,最后決定選用山東新風(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(diào)速器4套對(duì)主扇風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制,改造取得了成功。

九鑫礦主扇風(fēng)機(jī)為兩臺(tái),一用一備,現(xiàn)場(chǎng)1#、2#通風(fēng)機(jī)設(shè)備參數(shù)相同,下面表1、表2給出1#風(fēng)機(jī)基本參數(shù)?,F(xiàn)場(chǎng)主扇風(fēng)機(jī)如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)主扇風(fēng)機(jī)圖

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中點(diǎn)箝位拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。友好人機(jī)界面可以設(shè)置各種參數(shù)及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)。國內(nèi)第一個(gè)成功研制三電平變頻器的廠商,產(chǎn)品榮獲山東省科技進(jìn)步獎(jiǎng)。

3.1產(chǎn)品性能特點(diǎn)

(1)主電路采用三電平或稱中點(diǎn)箝位拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),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(hù)電機(jī)。

(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(wěn)定運(yùn)行。易于操作的人機(jī)界面可實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)的設(shè)置及運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。

(4)不受電網(wǎng)波動(dòng)影響,電機(jī)側(cè)電壓穩(wěn)定。增加低頻啟動(dòng)電壓可以補(bǔ)償線路損耗,適應(yīng)遠(yuǎn)距離傳輸(最遠(yuǎn)達(dá)3000m以上)。

(5)保護(hù)功能齊全。設(shè)有過壓、欠壓、硬件過流、2倍過流、過載、欠載、溫升過高及失速等保護(hù),并配有電機(jī)保護(hù)儀,變頻器一旦保護(hù),會(huì)立即保存故障數(shù)據(jù),便于查找分析,有效保護(hù)變頻器及電機(jī)。

(6)內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器,可開/閉環(huán)運(yùn)行。

 

3.2產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范

表3 產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范

輸 入

額定電壓/頻率

三相1140V;50Hz

允許波動(dòng)

電壓:±15%  電壓失衡率:<5%   頻率:±5%

額定電壓

0~1140V

頻率范圍

1.5Hz~80 Hz

頻率解析度

0.01Hz

過載能力

120%額定電流1min,200%額定電流3s

 

 

功 能

控制方式

V/F方式;矢量控制1;矢量控制2

頻率精度

模擬設(shè)定:最高頻率的±0.2%

數(shù)字設(shè)定:最高頻率的±0.01%

分辨率

數(shù)字設(shè)定:0.01Hz

模擬設(shè)定:最高設(shè)定值的0.1%

起動(dòng)頻率

下限頻率~上限頻率

轉(zhuǎn)矩提升

(V/F方式)手動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升0.1%-10%;(矢量方式)自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升;

V/F曲線

三種方式:標(biāo)準(zhǔn)V/F曲線,平方關(guān)系V/F曲線,自定義V/F曲線

加減速時(shí)間

3~32000s,對(duì)加速時(shí)間和減速時(shí)間可單獨(dú)設(shè)定

直流制動(dòng)

直流制動(dòng)開始頻率:0~15Hz(保留)

自動(dòng)電壓調(diào)整(AVR)

當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時(shí),維持輸出電壓恒定不變

通訊功能

具有RS-485和RS-232標(biāo)準(zhǔn)通訊接口

運(yùn)行

功能

運(yùn)行命令

端子操作;人機(jī)界面給定;

頻率設(shè)定

操作面板給定;模擬信號(hào)(0-5V)設(shè)定

開關(guān)信號(hào)

開停機(jī),正反轉(zhuǎn),急停信號(hào)

運(yùn)行操作

顯示屏操作、外控操作

頻率設(shè)定

顯示屏設(shè)定、模擬信號(hào)(0-5V)設(shè)定

運(yùn)行狀態(tài)輸出

頻率到達(dá)某些特定值給出輸出

保 護(hù) 功 能

1.2倍過流,2倍過流 ,2倍硬件過流 ,過壓,欠壓, 過熱,外部異常

冷 卻 方 式

強(qiáng)迫風(fēng)冷

防 護(hù) 等 級(jí)

IP21

 

3.3風(fēng)光牌JD-BP34-270F中壓三電平變頻器有關(guān)設(shè)計(jì)

本文僅對(duì)該變頻系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)簡述如下,與380V級(jí)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(jí)變頻器中,一般采用兩電平電路。若用兩電平電路實(shí)現(xiàn)1140V的輸出勢(shì)必要用昂貴的高壓管或采用低壓管串聯(lián)結(jié)構(gòu),由于器件串聯(lián)動(dòng)態(tài)均壓問題不易解決,應(yīng)盡量避免。

本設(shè)計(jì)的整機(jī)方塊圖如圖2所示。

圖2  整機(jī)主回路

表4 變頻器有關(guān)參數(shù)

功能碼

名稱

設(shè)定

F0.00

控制方式選擇(0~4)

1:無感矢量控制

F0.01

運(yùn)轉(zhuǎn)命令源選擇(0~2)

1:端子

F0.02

頻率設(shè)定源選擇(0~8)

0: 通訊(HMI)

F0.04        

上限頻率

50Hz

F0.05  

下限頻率

2.00Hz

F0.06        

下限頻率運(yùn)行模式

1:按下限頻率運(yùn)行

F0.07       

加速時(shí)間1

300.0s

F0.08        

減速時(shí)間1

350.0s

F0.09      

載波選擇(9~17)

10: 2.0kHz

F1.00           

 起動(dòng)方式選擇(0~2)   

2:轉(zhuǎn)速跟蹤起動(dòng)

F1.06        

停機(jī)方式選擇

0:減速停機(jī)

F1.11    

轉(zhuǎn)速跟蹤啟動(dòng)速度搜索時(shí)間

30.0s

F1.12    

轉(zhuǎn)速跟蹤啟動(dòng)完成電流條件

15.00%

F2.00      

電機(jī)額定電壓

1140V

F2.01        

額定頻率

50.00Hz

F2.02

額定電流

146.0A

F2.09        

電機(jī)參數(shù)自整定

2:完整調(diào)諧(整定完成后自回復(fù)為0)

F4.07

電流限制值

150.0%

F4.09   

過流保護(hù)值

200%

F4.10        

PWM調(diào)制方式

0:優(yōu)化PWM

F4.11 

端子命令方式

(0,1,2)

0:兩線制1

FWD  1:運(yùn)行  0:停機(jī)

REV  1:反轉(zhuǎn)  0:正轉(zhuǎn)

 

其中主電路部分采用三電平電路或稱中心點(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(shè)計(jì)的目標(biāo)之一。圖中的功率開關(guān)器件選用西門子的雙單元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(dǎo)通,選用350A/1600V的模塊。

 

(2)載波頻率的選擇

提高載波頻率對(duì)改善波形、降低噪聲大有好處,可是載波頻率提高,會(huì)使開關(guān)損耗增加,所以選擇時(shí)必須權(quán)衡利弊,本設(shè)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(shù)設(shè)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(jī)為兩臺(tái),一用一備。風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻器采用一拖一控制,風(fēng)光中壓變頻調(diào)速系統(tǒng)由一次回路進(jìn)線柜、變頻單元柜組成。變頻運(yùn)行時(shí),變頻器為電機(jī)提供全面的保護(hù)。如果變頻器在運(yùn)行中出現(xiàn)故障,立即將備用風(fēng)機(jī)投入運(yùn)行,保證煤礦通風(fēng)生產(chǎn)要求。1#風(fēng)機(jī)中壓變頻器柜一次回路如圖3所示。

圖3 變頻柜一次回路圖

DL:用戶負(fù)荷開關(guān)

1#、2#BPQ:JD-BP34-270F中壓變頻器

D:220kW/1140V異步電動(dòng)機(jī)

圖4 中壓變頻器運(yùn)行照片

 

5現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

正興煤業(yè)九鑫礦主扇風(fēng)機(jī)選用型號(hào)JD-BP34-270F風(fēng)光變頻器4套,于2012年7月2日一次性投運(yùn)成功。變頻運(yùn)行后,風(fēng)門全部打開,運(yùn)行頻率26Hz左右,不僅完全滿足煤礦生產(chǎn)工藝要求,而且用戶操作非常方便。變頻器運(yùn)行穩(wěn)定。變頻器現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行如圖4所示,人機(jī)界面運(yùn)行如圖5所示,變頻器運(yùn)行參數(shù)記錄如表5所示。

風(fēng)機(jī)采用變頻器改造投入運(yùn)行后,輸入電流從72A下降到30A左右,風(fēng)機(jī)電機(jī)功率從113.7kW下降到56.9kW,節(jié)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(jī)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)變頻軟啟動(dòng),避免了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)及控制設(shè)備的沖擊,可以有效地延長電氣設(shè)備的使用周期。

(2)按需調(diào)節(jié)風(fēng)量,調(diào)速范圍寬且調(diào)速精度高,避免浪費(fèi)。進(jìn)行變頻改造后,風(fēng)機(jī)的風(fēng)量不再需要通過改變?nèi)~片角度來調(diào)節(jié),而是由變頻器通過調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn),調(diào)節(jié)線性度好,因而可以根據(jù)井下生產(chǎn)需要隨時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)量,避免了浪費(fèi)。

(3)降低了風(fēng)機(jī)的工作強(qiáng)度,延長了使用壽命。進(jìn)行變頻改造后,風(fēng)機(jī)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(jī)的機(jī)械強(qiáng)度和電氣沖擊,大大延長了風(fēng)機(jī)壽命,提高了風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行系數(shù)和運(yùn)行周期。

(4)變頻器具有短路、過載、過壓、欠壓、缺相等各種保護(hù),有效地保護(hù)了電機(jī)。

(5)改善了現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境,由于降低了風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,風(fēng)機(jī)噪聲大大降低,深受現(xiàn)場(chǎng)工作人員的歡迎。

(6)減少了反風(fēng)中的操作環(huán)節(jié),以前反風(fēng)需要操作系統(tǒng)的立式風(fēng)門、水平風(fēng)門以及反風(fēng)風(fēng)門,工序繁多而且經(jīng)常出現(xiàn)倒錯(cuò)風(fēng)門的事故?,F(xiàn)在使用軸流式風(fēng)機(jī)和變頻器控制后,反風(fēng)時(shí)極其簡單,只要在人機(jī)界面上將運(yùn)行頻率調(diào)整為負(fù)的頻率,電機(jī)就會(huì)先減速至零點(diǎn)然后再反轉(zhuǎn)到所調(diào)頻率,這期間不用再調(diào)整整個(gè)風(fēng)門系統(tǒng),減少了工作量,降低了操作過程中的故障率。

6結(jié)束語

正興煤業(yè)九鑫礦主扇風(fēng)機(jī)經(jīng)過變頻改造之后,不僅達(dá)到了良好的節(jié)能效果,并且使整套通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高了一個(gè)大臺(tái)階。隨著國家對(duì)節(jié)能減排工作的越來越重視,煤礦企業(yè)通過各種措施降低生產(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(jì)效益和社會(huì)效益,適應(yīng)了國家建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的潮流。

參考文獻(xiàn)

山東新風(fēng)光電子使用手冊(cè)[Z]山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司。

作者簡介

劉殿珍男技術(shù)支持工程師,供職于山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司。

段偉峰男高級(jí)工程師,機(jī)電科長,供職于山西焦煤集團(tuán)正興煤業(yè)有限公司。

生產(chǎn)基地地址:山東省汶上縣經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)

電話:0537-7237196

郵編:272500

文章聯(lián)系人:郭培彬

聯(lián)系電話:0537-72370075現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

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