啟動柜

對于大功率變頻器（6kV系統適配電機功率≥2500kW / 10kV系統適配電機功率≥4000kW），系統增配啟動柜。啟動柜可以有效抑制變壓器上電瞬間的激磁涌流，防止引起上級電源柜速斷保護裝置動作，還可以為單元直流電容預充電。

合康礦井風機用高壓變頻器有HIVERT-YK和HIVERT-TK兩種系列。其中，HIVERT-YK適配異步電機，HIVERT-TK適配同步電機。這兩種系列變頻器均由移相變壓器、功率單元和控制系統（包括：控制器、接口板和人機界面）構成。

大功率變頻器（6kV系統適配電機功率≥2500kW / 10kV系統適配電機功率≥4000kW）增配啟動柜；此外，用戶可根據需求選配旁路柜。

變壓器

隔離變壓器為干式變壓器，采用強迫風冷：原邊為星形接法，與進線高壓直接相連或通過啟動柜相連；副邊繞組為延邊三角形接法，繞組間有固定的相位差，通過電抗器為功率單元提供電源。

變壓器配有溫控儀，控制系統通過溫控儀實時監控變壓器繞組溫度：當變壓器繞組溫度較高時，系統發出輕故障報警并開啟變壓器底部風機；當溫度超過報警或跳閘設定值時，系統發出輕故障報警或跳閘信號。

功率單元

功率單元輸入端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節電容充電，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，采用空間矢量正弦波脈寬調制（PWM）方式，控制IGBT的導通和關斷，輸出單相脈寬調制波形。

控制系統

控制系統由控制器、接口板和人機界面（包括柜門按鈕等）組成。

適應電網的能力

HIVERT-Y(T)K系列變頻器可以在電網電壓跌落不超過額定值的20%，或上升不超過額定值的15%時正常平穩運行。此外，HIVERT-Y(T)K系列變頻器還設有電網掉電情況下的相關功能選項，用戶可根據需求選擇設置：在電網掉電不超過1s時，變頻器具有抗波動、持續運行的功能（即瞬時停電功能）；在電網長時間掉電后恢復送電時，變頻器具有自啟動的功能（即高壓失電自啟動功能）。

反轉功能

HIVERT-Y(T)K系列變頻器具備反轉功能，用戶可根據現場需求設置相關參數：當選擇變頻器參數反轉允許時，無需進行硬接線調相，只需調節給定頻率為負數，電機即可進入反轉模式。當井下發生火災等重大事故時，礦井風機可立即進入反轉模式，避免災害擴大，保護人身安全。

同步電機同步啟動功能

同步電機啟動時一般必須先異步啟動，使電機運行到“亞同步轉速”時，然后給轉子施加勵磁，使電機進入同步運行狀態。這中傳統的同步電機啟動方式有異步啟動電流大、同步投勵電流波動等諸多缺陷。而HIVERT-TK系列變頻器驅動同步電機啟動運行時，可以預先給定轉子勵磁電流，再啟動變頻器，即可直接將同步電機拖入同步狀態運行，實現了同步電機的“同步啟動”。在同步啟動方式下，啟動電流小，并且電流波動小。

多種控制方式選擇

HIVERT-Y(T)K系列變頻器具有本地、遠程、上位三種控制方式，不同控制方式可以自由切換，用戶可根據現場需求進行選擇。在礦井風機正常工作情況下，變頻器可設置為遠程控制或上位控制方式，在中控室進行監控；在需要現場操作變頻器以及系統聯調時，一般要求對變頻器進行本地操作，這時可選擇變頻器為本地控制方式，即在變頻器人機界面上直接對變頻器進行操作。

保護功能

HIVERT-Y(T)K系列變頻器具有電機過流、變頻器限流、變頻器過流、單元過壓、過熱保護等功能，*大限度的保障了系統自身和用戶設備的安全。

 礦井風機用高壓變頻器——HIVERT-Y(T)K系列

※超出范圍請咨詢北京合康億盛變頻科技股份有限公司

 礦用風機異步

礦用風機同步

備注：關于220V和1140V的選型，請來電咨詢本公司。

HIVERT高壓變頻器在礦井主通風機上的應用

摘  要：介紹了礦井主通風機高壓變頻調速裝置的關鍵技術研究，以及在海孜礦中央風井的現場應用效果。

關鍵詞：主通風機；對旋式；高壓變頻；

   一、概述

    礦井主通風機用于向井下提供新鮮風流、排除污濁空氣和有害氣體，對煤礦的安全生產影響重大。礦井主通風機全年不停地運行，其電耗量較大，平均電耗約占礦井電耗的15％。近年來，我國礦井多采用對旋式通風機，該類型風機采用交流隔爆異步電機雙電機拖動。該類型風機傳統的調節系統是根據風量所需的多少，靠調節葉片角度來實現的，這種調節必須在風機停機時才能進行，只適合較長階段的風量調節，調節起來也不方便，可調范圍也不大(一般一度為一單位)，電機全速運行，節電不明顯。另一種調節系統是調節風機電機轉速，通過比較變頻調速的方法是異步電機*有發展前途的調速方法。

    淮北礦業集團公司海孜礦中央風井配置兩臺BD-II-8-№26型對旋風機，一用一備，每臺風機配置兩臺450kW、6kV防爆型鼠籠電機。因礦井通風系統變化，目前雖然風機葉片角度已調到*小，并使用風門調節風量。這樣造成風機系統運行效率低下，電能浪費驚人，運行狀況差，增加了維修工作量。

如果采用高壓交流變頻調速技術，由于兩個電機的參數一樣，可以由一臺1000kW容量的高壓變頻器控制兩臺電機，開環定速運行，風量風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。2006年9月，淮北礦業集團公司與北京合康億盛公司合作研制的主通風機高壓變頻調速裝置在海孜礦中央風井投入運行，效果良好。

    二、利用高壓變頻器的優勢

    用高壓變頻調速裝置對風機的拖動電機供電，通過改變頻率，調整風機的轉速，用降速的辦法來降低風量，直至滿足礦井需要。用一套高壓變頻調速裝置，通過切換開關，可以分別拖動兩臺風機，具有一拖二功能。如高壓變頻調速裝置出現故障，發出報警，可切換到工頻運行，保證風機不停風，不影響礦井通風。高壓變頻器采用單元串聯多電平方式，諧波成分小，功率因數高。

    通過高壓變頻調速裝置，風機可以根據礦井通風需要隨時調速運行，使風機始終運行在高效區。采用計算機進行過程控制，安全可靠，維護量小。國產高壓變頻調速技術在礦井大功率通風機上的首次應用，具有其應用的特殊性，通風機停機10分鐘即為重大事故，因此對變頻器的可靠性及系統的安全性設計要求很高。海孜礦中央風井是對旋式軸流風機，起動力矩大，采用低速補償方式，使變頻器在低速時具有良好的轉矩輸出特性。通風機為一用一備，為了節省投資，采用切換柜使變頻器能在兩臺風機之間切換，實現一拖二功能。變頻器與計算機之間的通訊，采用RS485隔離端口MODBUS RTU 通訊規約，實現計算機對變頻器的監視和控制。圖一是風機供電系統圖。

圖1 風機供電系統圖

   三、高壓變頻調速系統原理

    1、系統結構

    HIVERT系列高壓變頻器采用交-直-交直接高壓（高-高）方式，主電路開關元件為IGBT。由于IGBT耐壓所限，無法直接逆變輸出6kV，而因開關頻率高、均壓難度大等技術難題無法完成直接串聯。HIVERT變頻器采用功率單元串聯，疊波升壓，充分利用常壓變頻器的成熟技術，因而具有很高的可靠性。它對電網諧波污染小，輸入功率因數高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數補償裝置；輸出波形質量好，不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機。

圖2 變頻器主回路圖

    2、功率單元

    功率單元原理見圖3，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節電容充電，電容上的電壓提供給由IGBT組成的單相H形橋式逆變電路。

圖3 功率單元原理圖

   四、變頻改造實現的效果：

    1、節電效果顯著。改造前海孜礦中央風井風機運行效率低，在45％以下，采用高壓變頻調速裝置后，風機效率提高到78％以上，年節電92萬KWh。

    2、變頻器根據設定頻率調節電動機的轉速，實現風機的轉速自動控制，投入變頻器后風機進風閘門全部打開，還可以實現風機的遠程聯網控制，實現無人操作。

    3、減少了對電網的沖擊。采用變頻調節后，系統實現軟啟動，電機啟動電流不超過額定電流，啟動時間相應延長，對電網無沖擊，延長了電機及風機的使用壽命。

    4、維護量減少。采用變頻調速后，由于啟動平穩，低速運行，風機的振動、噪音和溫度明顯降低，相應地延長了許多零部件，特別是密封、軸承的壽命。有效延長了檢修周期，減少了檢修維護量，節約大量維護費用。

    五、結論

    本項目研究成果適用于礦井軸流式（含對旋式）、離心式主扇風機。目前，我國煤礦大量主扇風機能力富裕、長期低效運行。為調整風量，采用減小進風閘門開啟高度、改變葉片角度等方法，造成大量電能的浪費。通過主扇風機的變頻調速運行，既能方便改變風機運行工況點，又能提高主扇風機運行效率、運行穩定性和自動化程度，節約大量電能。將單元裝置的IGBT等功率元件增大后，*大可滿足4000KW功率要求。