【正文】 率到達(dá)鎖相成功S重故障輸出(N O)重故障輸出(N C) 15 接口板通訊來的數(shù)據(jù)，計(jì)算出電流、電壓、功率、運(yùn)行頻率等運(yùn)行參數(shù)，提供表計(jì)功能，并實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的過載、過流告警和保護(hù)。轉(zhuǎn)換后的信號(hào)用于變頻器控制、保護(hù)，以及提供給主控板數(shù)據(jù)采集。 光纖板通過光纖與功率單元傳遞數(shù)據(jù)信號(hào)，每塊光纖板控制一相的所有單元。當(dāng)負(fù)載較大，變頻器旁路后滿足不了輸出要求時(shí)，變頻器將自動(dòng)降低運(yùn)行頻率，直到輸出電流在允許范圍內(nèi)（如額定電流）。+Q2Q1Q4RLQ3++RTS1 5 85 1 1 2 5 1 2 51251253 11M熔斷器 二極管全橋整流 濾波電容 H橋逆變IGBT 單元旁路XS115V+V高壓控制電源+15VVCCGND過壓檢測(cè)(1150V)(直流電壓輸入)XS285 缺相檢測(cè)(交流電 壓輸入690VDC)1XS4(接收)2521XS3(發(fā)送)1521故障編碼邏輯接收解碼LR/INHBBYP ASS電源故障 光纖故障XS8(常閉)GND單元過熱檢測(cè)XS616123456789101112131415GNDVCC+15VRL/INHB/DRCPLD隔離驅(qū)動(dòng)13KUP+KUPXS70:禁止12 11 單元可選單元旁路功能，當(dāng)某個(gè)單元發(fā)生缺相故障、過熱和 IGBT 故障而不能繼續(xù)工作時(shí)，該單元及其另外兩相相應(yīng)位置上的單元將自動(dòng)旁路，此時(shí)旁路開關(guān) K 導(dǎo)通，以保證變頻器連續(xù)工作，并發(fā)出旁路告警。 線電壓相電壓 9 圖 6kV 系列 5 單元輸出及相電壓波形示意圖 圖 輸出線電壓波形 圖 輸出電流波形 功率單元原理見圖 ，輸入電源端 R、 S、 T 接變壓器二次線圈的三相低壓輸出，三相二極管全波整流為直流環(huán)節(jié)電容充電，電容上的電壓提供 10 給由 IGBT組成的單相 H形橋式逆變電路。 8 圖 6kV 電壓疊加圖 圖 為 5個(gè) 690VAC功率單元串聯(lián)時(shí)，每個(gè)功率單元輸出的電壓波形及其串聯(lián)后輸出的相電壓波形示意圖，可以得到 5～ 0～ 5 共 11 個(gè)不同的電壓等級(jí)。圖 為 6kV 系列（每相 5 單元串聯(lián)）輸入電流實(shí)錄波形，電流峰值 120A，幾近完美的正弦波。變壓器原邊為 Y型接法，直接與高壓相接。由于 IGBT 耐壓所限，無法直接逆變輸出 6kV，而因開關(guān)頻率高、均壓難度大等技術(shù)難題無法完成直接串聯(lián)。 ⑻ 當(dāng)變頻器故障時(shí)，可手動(dòng)切換到工頻運(yùn)行。 ⑷ 具有就地監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控。 技術(shù)要求： ⑴ 要求選用一套變頻器直接拖動(dòng)一臺(tái)風(fēng)機(jī)的 310kW， 6kV 電機(jī)。 （ 4） 變頻器與計(jì)算機(jī)之間的通訊，采用 RS485 隔離端口 MODBUS RTU 通訊規(guī)約，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)變頻器的監(jiān)視和控制。 (2)采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行過程控制，安全可靠，維護(hù)量小。 (2)用一套高壓變頻調(diào)速裝置，通過切換開關(guān) 柜 ，可以分別拖動(dòng)兩臺(tái) 風(fēng)機(jī)，具有一拖二功能。 高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)是 90 年代迅速發(fā)展起來的一種新型大容量電力傳動(dòng)調(diào)速技術(shù)，應(yīng)用了先進(jìn)的電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和高壓電氣、電機(jī)拖動(dòng)等綜合性領(lǐng)域的學(xué)科技術(shù)，其技術(shù)和性能勝過其它任何一種調(diào)速方式 ,變頻調(diào)速以其節(jié)能效益顯著，調(diào)速精度高，調(diào)速范圍寬，保護(hù)功能完善，易于實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)通信功能，運(yùn)行安全可靠 ,安裝使用、維修維護(hù)方便，使之成為企業(yè)采用大容量電機(jī)節(jié)能方式的首選。另一種調(diào)節(jié)系統(tǒng)是調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過比較變頻調(diào)速的方法是異步電機(jī)最有發(fā)展前途的調(diào)速方法。為安全起見，設(shè)計(jì)階段風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的規(guī)格都留有一定的裕量以適應(yīng)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)阻力的變化。通風(fēng)設(shè) 備及配套電動(dòng)機(jī)的選型主要由礦井瓦斯涌出量、井下人員數(shù)量、通風(fēng)井巷阻力等因素決定。 礦井主扇風(fēng)機(jī)高壓變頻調(diào)速裝置 研究報(bào)告 朔 里 煤 礦 二○○ 八 年 元 月 十 八 日 1 目 錄 概述 ........................................2 主要問題研究、目標(biāo)及關(guān)鍵技術(shù) ................3 系統(tǒng)技術(shù)要求及工作原理 ......................4 產(chǎn)品構(gòu)成及特征 ..............................16 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試情況 ................................26 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析 ................................34 結(jié)論 ........................................36 2 概述 礦井主扇風(fēng)機(jī)用于向井下提供新鮮風(fēng)流、排除污濁空氣和有害氣體，對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)影響重大。風(fēng)機(jī)滿速運(yùn)行時(shí)的特性曲線與礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)阻力特性曲線的交點(diǎn)，確定了通風(fēng)機(jī)的自然運(yùn)行工況點(diǎn)。因此通風(fēng)設(shè)備調(diào)節(jié)方式的選擇，決定了整個(gè)礦井的噸煤電耗及風(fēng)機(jī)的使用壽命，以及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。 目前， 煤炭系統(tǒng)在礦井風(fēng)機(jī)選型時(shí)，根據(jù)煤礦特點(diǎn)，考慮通風(fēng)安全及 3 前后期通風(fēng)參數(shù)變化，風(fēng)量、負(fù)壓等數(shù)值選取偏大，造成風(fēng)機(jī)能力過大，形成“大馬拉小車”情況。 如果采用 高壓交流變 頻調(diào)速 技術(shù)，由于兩個(gè)電機(jī)的參數(shù)一樣，可以由一臺(tái) 315kW 容量的高壓變頻器控制兩臺(tái)電機(jī)，開環(huán)定速運(yùn)行，風(fēng)量風(fēng)壓控制在滿足礦井的需要，能大大降低能耗，減少維修工作量。 (3)如高壓變頻調(diào)速裝置出現(xiàn)故障，發(fā)出報(bào)警，可切換到工頻運(yùn)行，保證風(fēng) 4 機(jī)不停風(fēng)，不影響礦井通風(fēng)。 技術(shù)關(guān)鍵 （ 1） 國(guó)產(chǎn)高壓變頻調(diào)速技術(shù)在礦井大功率通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用，具有其應(yīng)用的特殊性，通風(fēng)機(jī)停機(jī) 10 分鐘即為重大事故，因此對(duì)變頻器的可靠性及系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì) 要求很高。 系統(tǒng)技術(shù)要求及工作原理 系統(tǒng)技術(shù)要求 風(fēng)機(jī)型號(hào)及參數(shù)： KZS18 型軸流式通風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 983r/min，電動(dòng)機(jī)功率 315kW，電壓 6kV；風(fēng)機(jī)工作介質(zhì)：礦 井井下廢氣。起動(dòng)為低速大轉(zhuǎn)矩起動(dòng)。 ⑸ 控制系統(tǒng)具有在線檢測(cè)變頻器各種參數(shù)功能。 ⑼ 系統(tǒng)功率因數(shù)不低于 。 HIVERT 變頻器采用功 6 率單元串聯(lián)，疊波升壓，充分利用常壓變頻器的成熟技術(shù)，因而具有很高的可靠性。 副邊組數(shù)量依變頻器電壓等級(jí)而定， 6kV 系列為 15 個(gè)，為每個(gè)功率單元提供三相電源輸入，采用延邊三角形接法，繞組間的相位差由下式計(jì)算： 60176。 圖 輸入電流波形 變頻器輸出是將每相 5 個(gè)三相輸入、單相輸出的低壓功率單元串聯(lián)疊波得到。 增加電壓等級(jí)的同時(shí)，每個(gè)等級(jí)的電壓值大為降低，從而減小了 dv/dt 對(duì)電機(jī)絕緣的破壞，并大大削弱了輸出電壓的諧波含量，圖 為 6kV 系列每相五單元串聯(lián)輸出的 Uab 線電壓波形實(shí)錄圖，峰值電壓為。 圖 功率單元原理圖 功率單元通過光纖接收信號(hào)，采用空間矢量正弦波脈寬調(diào)制（ PWM）方式，控制 Q1～ Q4IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷，輸出單相脈寬調(diào)制波形。單元旁路時(shí)，變頻器因運(yùn)行單元數(shù)量減少，額定輸出電壓能力將降低，但當(dāng)變頻器本身運(yùn)行頻率較低，如 6kV系列運(yùn)行頻率低于 40Hz 時(shí)，變頻器將自動(dòng)提高工作單元的輸出電壓， 圖 單元控制板原理圖 而保證變頻器輸出性能不變，實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)自動(dòng)旁路。 控制系統(tǒng)由控制器， IO 板和人機(jī)界面組成。光纖板周期性向單元發(fā)出脈寬調(diào)制（ PWM）信號(hào)或工作模式。 13 主控板采用高速單片機(jī)，完成對(duì)電機(jī)控制的所有功能，運(yùn)用正弦波空間矢量方式產(chǎn)生脈寬調(diào)制的三相電壓指令。通過 RS232 通訊口與主控板連接，通過 RS485通訊口與 IO 接口板連接，實(shí)時(shí)監(jiān)控變頻器系統(tǒng)的狀態(tài)。 圖 接口板原理圖 GND TI+15V 284280215 281214485+1 4851 D+5V DGND D+15VAI FI485+2 4852RESETXS1 1 2 3 XS2 1 2 3 4 5 6EGND 231218EGNDXS3 1 2 3 4 5 62327CGNDXS4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12PE EGND 220 222 154 156 151 153155XS5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11221 152XT14 5 61 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33PE EGND測(cè)溫板組件WD柜門采集溫度電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成420mA電流信號(hào)系統(tǒng)復(fù)位高壓分?jǐn)啻龣C(jī)指示故障指示運(yùn)行指示控制器就緒控制器使能控制器復(fù)位控制器監(jiān)視器屏蔽接地公共端電流輸入(420mA) 電壓輸入(010V)電壓輸入(010V)電流輸入(420mA)重故障輸出斷開有效重故障輸出閉合有效頻率到達(dá)75 ?DCS 通訊模擬速度 反 饋模擬速度 給 定公共端 屏蔽接地 DATA+DATA485+2 4852合閘信號(hào) 分閘信號(hào)運(yùn)行指示故障指示高壓指示EGND頻工投切V15V外部復(fù)位高壓分?jǐn)喔邏悍謹(jǐn)嗑o急停機(jī)速度1