【文章內(nèi)容簡介】 中，曲線 1 為風(fēng)機(jī)在恒速 n1 下的風(fēng)壓風(fēng)量(HQ)特性；曲線 2 為管網(wǎng)風(fēng)阻特性（風(fēng)門開度全開）。設(shè)工作點(diǎn)為 A，輸出風(fēng)量 Q1 為 100%，此時(shí)風(fēng)機(jī)軸功率 N1 同 Q1與 H1 的乘積，即面積 AH1OQ1 成正比。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手根據(jù)工藝要求，風(fēng)量從 Q1 降至 Q2 有兩種控制方法。：風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，調(diào)節(jié)風(fēng)門(開度減小)，即增加管網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力特性變到曲線3，系統(tǒng)工作點(diǎn)由 A 移到 B。由風(fēng)機(jī)特性曲線圖可見，此時(shí)風(fēng)壓反而增加，軸功率 N2 與面積 BH2OQ2 成正比，大小與 N1 差不多。：風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由 n1 降到 n2，根據(jù)風(fēng)機(jī)參數(shù)的比例定律，畫出轉(zhuǎn)速 n2 下的風(fēng)壓風(fēng)量(HQ)特性，如曲線 4，工作點(diǎn)由原來的 A 點(diǎn)移到 C 點(diǎn)?？梢娫谙嗤L(fēng)量 Q2 的情況下，風(fēng)壓 H2大幅度降低，面積 CH3OQ2 也顯著減少；節(jié)省的功率損耗△N 同 Q2 與△H 的乘積面積成正比，因而節(jié)能效果十分明顯。由流體力學(xué)可知：風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比(Q∝n)；風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比(T∝n 2)；軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比 (P∝n 3)。它們之間應(yīng)滿足公式: 。 。 (21)eQ1?21???????enT1???????eP式中，Q 為風(fēng)量； Qe 為額定風(fēng)量； T1 為變頻運(yùn)行時(shí)風(fēng)壓； Te 為額定風(fēng)壓； P1 為變頻運(yùn)行時(shí)電機(jī)的消耗功率；Pe 為電機(jī)額定功率；n 1 為變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)速；n e 為額定轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，就可相應(yīng)的調(diào)節(jié)輸入風(fēng)機(jī)的功率，降低風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)量時(shí)消耗在風(fēng)門上的功率，就是采用變頻調(diào)速達(dá)到節(jié)能的原理。依據(jù) （22）psfn)1(60??式中，n 為電機(jī)轉(zhuǎn)速；f 為電源頻率；p 為電機(jī)極對數(shù)；s 為轉(zhuǎn)差率。改變異步電動(dòng)機(jī)的電源頻率，即可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，這種方法是最簡單、最直接有效的交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法，利用該方法可達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量及功率的目的。因主扇風(fēng)機(jī)風(fēng)量還有很大調(diào)整空間，采用變頻技術(shù)，將葉片安裝角度調(diào)整到工業(yè)利用區(qū)內(nèi)的最佳工況點(diǎn)，通過調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)所需風(fēng)量、風(fēng)壓，通過節(jié)省風(fēng)量余量空間節(jié)省電動(dòng)機(jī)電能消耗，達(dá)到節(jié)電目的。例如，風(fēng)量節(jié)省余量為 20%時(shí)，轉(zhuǎn)速即下降到 80%，軸功率將下降到額定功率的 51%。根據(jù)以上分析，采用變頻調(diào)速控制方案，通過選用工業(yè)利用區(qū)內(nèi)的最佳工況點(diǎn)，合理調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，無間斷的實(shí)現(xiàn)主扇風(fēng)機(jī)需求風(fēng)量、風(fēng)壓，節(jié)電明顯，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手第 3 章 通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速硬件配置通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由高壓供電系統(tǒng)、高壓變頻器、低壓供電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)監(jiān)測等單元組成。 高壓供電系統(tǒng) 煤礦主通風(fēng)機(jī)一般是兩臺(tái)，一用一備。電壓等級一般為 10KV 或 6KV。變頻器的設(shè)置可根據(jù)現(xiàn)場情況與客觀需要，一臺(tái)變頻器帶一臺(tái)風(fēng)機(jī)或一臺(tái)變頻器通過切換帶兩臺(tái)風(fēng)機(jī)。變頻器均設(shè)旁路，即當(dāng)變頻器檢修或損壞時(shí)，通過旁路直接啟動(dòng)風(fēng)機(jī)（電機(jī)） 。? 一拖一方式：一臺(tái)風(fēng)機(jī)配一臺(tái)變頻器；兩臺(tái)風(fēng)機(jī)配置兩臺(tái)變頻器，各自獨(dú)立。一次供電系統(tǒng)圖如圖 31：. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手圖 31? 一拖二方式如圖 32QFQS1~1U,VW2,M~QS210KV(或 6)開 關(guān) 柜旁 路 交 直 交 高 壓 變 頻10KV(或 6)電 動(dòng) 機(jī)10KV(或 6)母 線 變 頻 成 套 裝 置. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手圖 32 高壓變頻器高壓變頻器是風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，根據(jù)需要，可配置對應(yīng)的同步或異步電動(dòng)機(jī)。 硬件概述1QF1QS~1U,VW2,1M~QS3旁 路 交 直 交 高 壓 變 頻2QF2M~2QS1QS2 旁 路10KV(或 6)母 線 10KV(或 6)開 關(guān) 柜0KV(或 6)電 動(dòng) 機(jī) 10KV(或 6)電 動(dòng) 機(jī)變 頻 成 套 裝 置. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手高壓變頻器柜由：變壓器柜、控制/單元柜、手動(dòng)/自動(dòng)旁路柜(選配)組成，圖 33 和圖 34 為變壓器柜和功率單元柜實(shí)例圖片。圖 33 變壓器柜圖 34 功率單元柜. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手 變頻器原理 主電路高壓變頻器采用交直 交直接高壓（高高）方式，主電路開關(guān)元件為 IGBT。由于IGBT 耐壓所限，無法直接逆變輸出 6KV、10KV，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)，因此高壓變頻器采用功率單元串聯(lián)，疊波升壓，充分利用常壓變頻器的成熟技術(shù)，具有很高的可靠性圖 35 變頻一次系統(tǒng)原理. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手輸入側(cè)移相變壓器將網(wǎng)側(cè)高壓變換為副邊的多組低壓，各副邊繞組在繞制時(shí)采用延邊三角接法，相互之間有一定的相位差相位差為 60176。/n。圖 36這種多級移相疊加的整流方式，能夠消除大部分由獨(dú)立功率單元引起的諧波電流，可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使變頻器網(wǎng)側(cè)電流近似為正弦波，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)達(dá)到 以上。變頻器輸出是將多個(gè)三相輸入、單相輸出的低壓功率單元串聯(lián)疊波得到。相輸出 Y接，中性點(diǎn)懸浮，得到驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的可變頻三相高壓電源。變頻器系列每相串聯(lián)單元數(shù)單元額定電壓（V）輸出相電壓（V）輸出線電壓（V）每相電壓等級數(shù)量6kV 5 690 3450 6000 1110kV 9 690 5774 10000 19. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手圖 37a 6kV（5 單元串聯(lián)）電壓疊加圖 圖 37b 10kV 電壓疊加圖圖 38 為五個(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。增加電壓等級的同時(shí)，每個(gè)等級的電壓值大為降低，從而減小了 dv/dt 對電機(jī)絕緣的破壞，并大大削弱了輸. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手出電壓的諧波含量，圖 39 為 6kV 五單元變頻器輸出的 Uab 線電壓波形實(shí)錄圖，峰值電壓為 。因?yàn)殡姍C(jī)電感的濾波效果，輸出電流波形更優(yōu)于電壓波形，圖 310 即為輸出電流 Ia 的實(shí)錄波形圖，峰值電流 130A。電壓等級數(shù)量的增加，大大改善了變頻器的輸出性能，輸出波形幾乎接近正弦波。圖 38 6kV 系列 5 單元輸出及相電壓波形示意圖 圖 39 輸出線電壓波形 圖 310 輸出電流波形 功率單元功率單元原理見圖 311，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，電容上的電壓提供給由 IGBT 組成的單相 H形橋式逆變電路。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～Q4 IGBT 的導(dǎo)通和關(guān)斷，輸出單相脈寬調(diào)制波形。每個(gè)單元僅有三種可能的輸出電壓狀態(tài)，當(dāng) Q1 和 Q4 導(dǎo)通時(shí)，L1 和 L2 的輸出電壓狀態(tài)為 1；當(dāng) Q2 和 Q3 導(dǎo)通時(shí)，L1和 L2 的輸出電壓狀態(tài)為1；當(dāng) Q1 和 Q2 或者 Q3 和 Q4 導(dǎo)通時(shí)，L1 和 L2 的輸出電壓狀態(tài)為 0。 . . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手圖 311 功率單元原理圖功率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)出旁路報(bào)警。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)， 10kV 系列運(yùn)行頻率低于 時(shí)，變頻器將自動(dòng)提高工作單元的輸出電壓，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。每個(gè)功率單元內(nèi)均有一塊控制板和一塊驅(qū)動(dòng)板。控制板原理圖見圖 312?？刂瓢逋ㄟ^光纖（XS4）接收來自控制器的信號(hào)，經(jīng)接收解碼器解碼后用于對 IGBT 及旁路開關(guān)（可選）的控制。同時(shí)，控制板上還有各種單元故障檢測電路，如過熱檢測、缺相檢測、直流母線過壓檢測、電源故障監(jiān)測、光纖故障監(jiān)測、驅(qū)動(dòng)故障檢測等，這些故障信號(hào)經(jīng)過故障編碼邏輯電路編碼后，由光纖（XS3）發(fā)送回控制器，實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)（接口板輸出故障保護(hù)跳閘及故障報(bào)警指示）和故障記憶（人機(jī)界面顯示故障原因、時(shí)間、位置，并保存） 。控制板上的控制電源直接取自直流母線（通過 XS1） ，經(jīng)過開關(guān)電源的隔離和變換后得到所需控制電源。因此，高壓電源失電后，控制電源并不會(huì)立即消失，控制板上的電源指示燈經(jīng)過幾分鐘后才能熄滅。這種取電方式可以確保高壓電源瞬時(shí)停電跟蹤功能的實(shí)現(xiàn)。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手圖 312 單元控制板原理圖 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)組成控制系統(tǒng)由控制器、IO 接口板和人機(jī)界面組成，各部分之間的聯(lián)系，如圖 313 頻器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖所示。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手圖 313 變頻器監(jiān)控系統(tǒng)圖（10kV 系列） 控制系統(tǒng)接線操作臺(tái)與控制柜接線由低壓柜供電，在操作臺(tái)上將線路并聯(lián)接到 AG1 控制柜，AG2控制柜，操作臺(tái)指示燈，指示儀表和電腦等。這些電源分別給 1操作柜，2操作柜，操作柜指示燈，和電腦等供電?？刂乒裰饕?PLC 和各種繼電器構(gòu)成，PLC 的各模塊之間串聯(lián)連接，繼電器通過輸入輸出接口與 PLC 連接；在通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速回路中有各種傳感器，通過他們與控制線路中的繼電器相連接，然后再將實(shí)時(shí)信號(hào)傳到 PLC 中?？刂凭€路的結(jié)構(gòu)圖見圖 314監(jiān)控系統(tǒng)，主要以控制器為核心，與操作臺(tái)和控制電路中的各個(gè)繼電器相連接，控制器選用 S7300PLC，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要由機(jī)架、CPU 模塊、信號(hào)模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊等組成，機(jī)架用于固定各類模塊，信號(hào)模塊為輸入輸出模塊，通過與外部繼電器常開或常閉觸點(diǎn)相連接，將外部信號(hào)傳送給 I/O 模，然后由 CPU 模塊進(jìn)行程序處理，接著將處理結(jié)果傳給外電路：通信處理器模塊用于 PLC 之間或 PLC 與計(jì)算機(jī)和其他智能設(shè)備之間的通信，可以將 PLC 介入 ASI 和以太網(wǎng)，或用功 率 單 元10kV電 動(dòng) 機(jī)單 元 A9單 元 8輸 入 電 源 單 元 A2單 元 1單 元 B單 元 C9單 元 8單 元 C2單 元 1單 元單 元 B單 元 控制器 接 口 板信號(hào) 人 機(jī)界 面現(xiàn) 場 系 統(tǒng)，通訊協(xié)議信號(hào)隔 離 變 壓 器 輸 出 電 流 檢 測輸 出 電壓 檢 測輸 入 電壓 檢 測 輸入電流檢測. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的通信等。圖 314 接線結(jié)構(gòu)圖 控制系統(tǒng)特性（1）高可靠性；（2）操作智能化；（3）功率單元模塊化結(jié)構(gòu)，可以互換，維護(hù)簡單；（4）限流功能；（5）輸出電壓自動(dòng)調(diào)整；（6）寬廣的輸入電壓范圍，更適合國內(nèi)電網(wǎng)條件；（7）功率單元光纖通訊控制，完全電氣隔離；（8）內(nèi)置 PID 調(diào)節(jié)器，可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)運(yùn)行；AH11189。248。207。223。342PT6KV189。248。207。223。QS134KM1QS2134KM134M1AH31177。228。198。181。179。246。207。223。14205。209。185。134145196。184。193。170。AH62181。205。209。185。134QS314KM1QS413KM5147177。228。198。181。M2A82