礦用變頻器選型研究

都沁軍

（山西沁和能源集團(tuán)曲堤煤業(yè)有限公司， 山西 晉城 048203）

引言

礦用變頻器是一種現(xiàn)代電力電子設(shè)備，保持變電機(jī)原有性能，僅僅改變供給電機(jī)頻率和改變電壓大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速改變時(shí)，相應(yīng)風(fēng)速和風(fēng)量隨之改變。礦用變頻器用途廣，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化，還能根據(jù)電機(jī)負(fù)載實(shí)現(xiàn)提高產(chǎn)量、增高產(chǎn)品質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)節(jié)能，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

1 礦用變頻器構(gòu)成

礦用變頻器主要由變壓柜、單元柜和控制柜三個(gè)部分組成。

1.1 隔離變壓器柜

隔離變壓器被裝入在隔離變壓器柜中，不需要升降變壓器變壓，高壓電壓電源直接作為輸入電壓，給大功率的高壓電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。

1.2 功率單元柜

功率單元中的電氣和機(jī)械特性相同，功率單元柜主要安裝礦用變頻器里功率單元，功率單元串聯(lián)疊加，形成變頻器的輸出電壓，輸出電壓經(jīng)電線輸入給負(fù)載設(shè)備使用。

1.3 低壓控制柜

主控系統(tǒng)和I/O接線是低壓控制柜主要場(chǎng)所。核心微機(jī)版是主控系統(tǒng)控制其他設(shè)備工作的指揮長(zhǎng)。變頻器的信號(hào)被送到模數(shù)轉(zhuǎn)換板，經(jīng)周期轉(zhuǎn)換后，模數(shù)轉(zhuǎn)換板把反饋信號(hào)輸送到微機(jī)板，通過(guò)數(shù)字調(diào)制器給功率單元發(fā)送開(kāi)關(guān)指令，確定需要輸出的電壓。

2 礦用變頻器選型設(shè)計(jì)

2.1 電路元件二極管選型

礦用變頻器電路元件二極管選型通過(guò)計(jì)算額定電壓和額定電流確定。

額定電壓：

式中：URRM為二極管額定電壓，V；UAC為電源線電壓值，取1 140 V；α為安全系數(shù)，取2。

將數(shù)值代入公式得：URRM≥3 224 V。

額定電流：

式中：IFAVM為二極管額定電流，A；IR為變頻器額定電流，54 A。

將數(shù)值代入公式得：IFAVM≥168 A。

根據(jù)二級(jí)管額定電壓和額定電流計(jì)算結(jié)果選擇，二極管型號(hào)選擇DD175N34K，該二極管額定電壓和額定電流分別為3 500 V、180 A。

2.2 變頻器電容選型

對(duì)變頻器電容的選型，主要考慮電容的電壓平均值和電容值[1]。

電壓平均值：

電容值：

式中：C為電容值，μF；RL為輸出電阻，取35.53 Ω；其中T=1/f，f為三相全波整流頻率，取300 Hz。

將數(shù)值代入公式得：C=281～470μF。

從理論公式來(lái)分析，濾波電容值越大效果越理想。但電容值不可能無(wú)限大，采用多個(gè)2 200 μF/400 V的電容礦井實(shí)際工作中進(jìn)行串聯(lián)或者并聯(lián)使用，來(lái)盡量增大電容值。在電容旁并聯(lián)電壓相同且阻值相等電阻[2-3]，目的是避免電解電容出現(xiàn)大離散，電壓波動(dòng)，損壞電氣設(shè)備。

2.3 驅(qū)動(dòng)模塊選型

礦用變頻器驅(qū)動(dòng)模塊選用2SD315AI-33型[4]。該類(lèi)型驅(qū)動(dòng)模塊不僅可以用在3 000 V以上高壓中，而且還具有工作可靠和運(yùn)行安全等優(yōu)點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)模塊把專(zhuān)用芯片組作為基礎(chǔ)，其他元器件相輔而成。利用脈沖式進(jìn)行變壓隔離，可以給提供峰值電流，還能保護(hù)過(guò)載，驅(qū)動(dòng)精準(zhǔn)，靈活調(diào)整。礦用變頻器驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)物圖見(jiàn)圖1所示。

圖1 驅(qū)動(dòng)模塊

2.4 檢測(cè)元件傳感器選擇

檢測(cè)母線的電壓，需要將電壓轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，在經(jīng)濾波處理即可得到準(zhǔn)確的數(shù)值。在檢測(cè)電壓時(shí)，傳感器LV100收集信號(hào)比較精準(zhǔn)。整個(gè)運(yùn)行線路中檢測(cè)電壓電路如圖2所示，傳感器收集到的信號(hào)輸入DSP進(jìn)行處理[5-6]。

檢測(cè)電機(jī)電流選用LT208-S7型電流霍爾傳感器，它能夠?qū)㈦娏餍盘?hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)DSP處理成直流電壓。采集電流信號(hào)檢測(cè)電路如圖3所示。

圖2 檢測(cè)電路電壓路線

圖3 檢測(cè)電路電流路線

3 結(jié)語(yǔ)

礦用變頻器可改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，具有精準(zhǔn)、快速、保護(hù)電機(jī)等優(yōu)點(diǎn)，變頻器調(diào)速通風(fēng)機(jī)，能夠?qū)崟r(shí)在線監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)風(fēng)量和風(fēng)速。