高压大功率变频器研究论文

关键词： 大功率 高压 矿井 变频器

摘要：本文对东方日立（成都）电控设备有限公司的DHVECTOL-DI系列高压大功率变频装置的原理和技术特点进行了基本介绍，并对单元串联多电平高压变频器的变换形式，移相变压器的功能、功率单元的组成等进行了分析。今天小编为大家精心挑选了关于《高压大功率变频器研究论文(精选3篇)》，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。

高压大功率变频器研究论文 篇1：

高压大功率变频器在煤矿主通风机的应用方案

摘要：近年来煤矿矿井安全事故不断增加，为防止矿井主通风机突然启动带来的对国家电网和生产使用设备造成的损坏，解决在生产场所调节矿井通风量急剧下降等生产问题，文章提出了对大功率变频器的技术改进方案。通过实验验证和多次调试，系统采用此方案后极大地提高了煤矿的生产区的通风技术，提高了矿井的安全性、可控制性和节能减排环保效率，取得了让人满意的效果。

关键词：高压大功率变频器；煤矿主通风机；变频技术；DTC

一、高压大功率变频器控制研究的意义

现代所有煤矿矿井的安全生产都不可离开主通风机装备，它负责全矿井的通风防爆的重大任务。以前各大煤矿矿井的通风主要设计基本上是选用国产品牌的通风机，通风机的供电控制主要是采用直接电开关启动或者采用相关串联电路启动。这种启动的优点是设备装置简单易行，产品代价也不高，缺点是这种方式非常危险，容易对生产电器造成损坏，也对工人的安全构成威胁，而矿井通风量多少的调节是采取简单的手动调节风机叶片旋转角度以到达调节通风量的目的。如果以照往常的通风装备的设计及安装，将会对电网造成巨大电流冲击，严重危害矿井供电安全，而且煤矿的主通风机运行工作情况近运行特性曲线的是在驼峰区，并没有线性特性，风机特性曲线特性图早已经与原来设计的电路特性图不匹配，所以整个煤矿的通风系统不能安全运行，低压电路保护经会常常受遭到霆雷和国家电网电压高低波动的影响，尤其是同步电机的抗干扰的性能差，通风电控制系统的可控性能难以满足生产设备要求，通风系统控制没有实现闭环自动控制，同是也会对生产设备本身产生机械磨损，减少设备的使用寿命，尤其是在煤矿矿井开始建设时期和煤矿投入使用的开始时期，就算将主要的通风机的叶片角度旋转到最小，它通风量也会不好控制，严重影响矿井的风量调节，从而降低矿井通风的稳定性能，与此同时还会造成巨大电能浪费。为了提高电能的使用效率、设备使用的稳定性，延长生产设备的使用寿命，故提出对大功率变频器的技术改进方案，重新设计主通风机的搭接方案，在此改进的过程中主要增加变频器对主通风机的电路控制。具体方案在下面介绍。

二、压大功率变频器控制技术的主要内容

如今随着电子技术的发展迅速，采用交流变频传动与控制技术是该系统改进的主要内容。由于电子元器件的制造技术改进、多相变频技术的出现、自动控制以及MCU和大规模集成电路理论的飞速发展。交流变频技术得以发展，如今的高压变频装置是从二战时期德国采用关断晶闸管发展到如今的高压绝缘栅双晶闸管、IGBT的快速控制开关，而IECT电子器件的变频器件主要有采用具有多个功率多电平电路的串联，以达到降压、减少功率单元以降低电流等方式对直流电机实现速度的调节功能。这跟直流控制传动调速的装置相比有：设备维护简单易行、控制传动效率高、生产故障率低，节能环保效果好、功率小的优点。同时，现行这种技术比较成熟。可以用于工业生产当中来，目前我煤矿规划的设计生产能力是300万吨，经过最近这几年的技术改进和管理的调整，现在的生产能力可以达到450万吨，建议我矿采用电控制系统采用西门子的ZZFQ-6/400高压启动方式，这样可以减少电能的消耗，而坐落在城郊的煤矿不用考虑通风量少的问题，但即使主通风机运行在-10角度的条件下，煤矿矿井井下还是会存在通风量较大而难以控制的情况。为了达到减少矿井通风风量过大，主通风机耗能较低的结果，要不断改进交流变频传动的技术指标，实现主通风机的通风量可以随时可控，根据矿井的通风量以及安全因数对通风量实现自动控制，以实现设备启动对电网无冲击，减少设备机械冲击，达到节约电能的目的。

三、关键技术的实现步骤

在我村的煤矿矿井采用改造高压大功率变频器技术，具体拟定了两套改进解决方案：

（一）方案一

根据本次变频技术的改进经过通风部门的测试，随着挖掘矿井的深入的需要，电动机的额定功率最终选在3800kW以上，额定工作电压为6kV左右，大功率同步电动机比同步电动机更能适应国家电压波动的影响，改进过程中也可以选用4300kW的同步电机。

出于高压变频器系统在风机、电冰箱、水泵等设备上表现出非常好的的节能优点，可靠的自动控制性能，系统改进的重点是选用ABB公司ACS5000系列的DTC（直接转矩控制）变频器，额定容量大概为5000kVA。

高压变频器通过PLC微控制器和计算机协调控制，实现联动控制，整个变频控制系统的监控内容可以分为：高低压配电电源、鼓风机的风门开关控制、系统变频器的输出频率、还有就是调节电动机电路的各种电路保护、控制通风机的通风量、压力、抗震动性能等方面，并且系统还要具有完全实现闭环自动控制的功能。

（二）方案二

从市场上购买1套电源变频器，采用1套电源变频器拖动2台通风机的功能，也就是实现一拖二的功能，保留当前电机工作的主频控制系统作为后备留用，这样做的优点就是技术改造的投资相对小一些，变频器工作的利用效率高，可以减少一些投入费用，而原来的工作频率的控制柜台还可以作为应急备用。但是缺点就是无论运行哪台通风机，这套变频器始终工作在运行状态，这对电机的检修、维护非常不方便。所以，为了保险起见，我们经多次讨论，最后决定在煤矿风井安装一套变频器，实现一套变频器通过切换柜可以控制2台通风，同时当变频器发生故障时，还可以通过切换柜切换到主频状态下运行。

四、高压变频器使用的效果

煤矿通过风井主通风机变频技术手段改进以及风井主通风机变频器技术的采用，可以运用主通风机的微机控制软启动的功能，回避了大型煤矿机电设备启动时产生的瞬间电流而对国家电网的冲击危害以及稳定的解决了设备的机械冲击，减少煤矿生产的危害。

煤矿中的高压变频器应用主通风机上，提高了电网的功率因数（0.95），极大地降低了整个线路和电机内部材料的磨损，基本上不存在做无用功的情况，这样就极大地节约了电能，提高了经济效益。根据不同季节、不同时期调节矿井通风量，不再使用人工调节，完全实现了闭环调节自动控制，尤其是矿井前期通风量需求较小的时候，优势显得非常明显，节约电能可以说是做的非常合理，例如：现在煤矿里的每台主通风机装备的4×450kW的电机，其耗电量只相当于60kW的电机耗电量。

还要补充的就是，高压变频器因为采用了接口串联功率单元闭环控制的模式，两旁还增设了旁路电路的功能，系统还具备自动旁路开路/连接的功能，不会影响主通风机的正常行，而且还会在故障出现时，自动报警，防止设备进一步损坏。

五、结语

总体来说，高压变频器在煤矿矿井里的主通风机变频技术的改进和应用，已经达到了设计初期的预期目的，使用效果良好，这在煤矿井的应用中具有非常广泛的经济价值。

参考文献

[1]傅源方，高丽，张永建．通风机变频调速工况自动控制系统研究[J]．矿山机械，2004，（3）．

[2]吴忠智，黄立培，吴加林．调速用变频器及配套选用指南[S]．2006．

[3]刘富，等．矿山电力拖动与控制[M]．煤炭工业出版社，2005.

[4]李树刚，邵海．矿井通风[M].徐州：中国矿业大学出版社，2006．

[5]潘勇．矿井主通风机高压大功率变频器的应用[J]．煤矿机电，2008（4）．

[6]韩黎．PLC在机床数控自动控制系统中的应用与研究

[D]．西安建筑科技大学，2006．

（责任编辑：文森）

作者：张东

高压大功率变频器研究论文 篇2：

高压变频器在除鳞水泵中的应用

摘要：本文对东方日立（成都）电控设备有限公司的DHVECTOL-DI系列高压大功率变频装置的原理和技术特点进行了基本介绍，并对单元串联多电平高压变频器的变换形式，移相变压器的功能、功率单元的组成等进行了分析。

关键词：高压变频器；移相变压器；IGBT逆变桥

西昌钢钒热轧厂粗轧高压水除鳞系统高压电机传动装置，选用东方日立（成都）电控设备有限公司DHVECTOL-DI系列无电网污染高压大功率变频器，粗轧高压水除鳞系统共有三台机组（电机10kV，800kW），工作时二用一备。担任向炉后除鳞箱入口和出口、粗轧机入口和出口共四个除鳞点供水。这四个除鳞点喷射用水的特点是，喷射时间短，正常轧钢生产时，有多个喷射阀站同时喷射，瞬间需要大流量供水。因此该系统工艺要求变频器的特点：1）能快速启动。2）该系统工况根据轧线的轧制节奏工艺要求，频繁在高低速升降（3次/每分钟），以满足系统生产要求。在由高频率转换到低频率运行时，要求降速时间长，在降速的过程中，如果接收到升速信号，立即升速。3）要求变频器达到：从15HZ加速到50HZ在8-10秒内完成；变频器过载能力125%。

一、除鳞水泵的控制特点

粗轧除鳞系统由低压进水管路、自清洗过滤器、低压缓冲罐、除鳞泵组、高压管路、高压阀门、高压蓄能器组、喷射阀站组成。根据轧制工艺要求，两台除鳞泵起动顺序定义为先1#泵后2#泵。1#除鳞泵主电机起动完成后，蓄能器最低液面阀的电磁阀虽然已经自动得电，但由于前后两端的压力差比较大，最低液面阀并未打开，最低液面阀的开接近开关还没有置“1”，因此，此时需自动将1#除鳞泵自动提速至50Hz，直到最低液面阀的开接近开关置“1”，此后第一台泵一直在“高速”（根据工艺要求设定的最高工作压力来调整）运行至待机状态，然后将２#泵启动以“低速”（20Hz）运行至待机状态。

当轧线上钢坯到达并且只有一个除鳞点喷射时，此时蓄能器与1#泵同时给轧线除鳞点供水，当钢坯离开除鳞点喷射阀关闭时，1#泵给蓄能器补水至泵的出口压力与系统压力相等。

当轧线上有两点同时除鳞时，2#泵接到升速信号8秒内升频至“高速”，与原在“高速”的1#泵及蓄能器同时给轧线除鳞点供水，当轧线的钢坯离开一个除鳞点，其喷射阀关闭时，2#泵退出高速，1#泵继续完成喷射和向蓄能器补水工作。

当轧线上长时间不需要除鳞时，将1#泵降速至“低速”（20Hz）运行到待机状态，直到轧线需要除鳞时升频至“高速”。

二、除鳞泵变频调速系统构成

变频调速系统由控制柜、功率单元柜、变压器柜和旁通柜组成，其一次回路如图1所示。

图1变频调速系统结构示意图

图中QS1和QS2为隔离刀闸，QS1为单刀单掷，QS2为单刀双掷。变频器的输出端配有PT，用来检测变频器的输出电压。当要使用变频器时，先将QS1合通，QS2置为变频状态，再由变频器给出用户开关合闸允许信号，QF1合通，变频器进入充电状态，充电完成后就可以正常启动变频器。

（一）控制柜

主控系统是整机控制的核心部分，担负着变频器工作的指挥中心作用，具备所需要的各类通信、远控功能。柜内安装有主控箱、PLC、继电器、电源开关、UPS等部件，控制柜面板上安装有人机界面、指示灯、紧急分闸开关和远程/就地切换开关等。

主控系统包括主控板及其输入输出接口。主控板以INTEL公司高性能单片机为控制核心，辅以一个EPROM存储器存储主控程序，另外使用一个NVRAM存储器存储用户设置的现场运行数据。主控板和光通讯主板之间通过专用电缆进行数据传输。光通讯主板通过光纤和单元之间进行通信，向各个功率单元传输PWM信号，并返回各个功率单元状态信息。主控板和液晶显示界面之间使用光纤连接，液晶及面板键盘实现人机界面功能。显示内容有系统状态、运行状态、功能参数值、故障记录等。通过面板上的功能键，可以实现系统运行、停机、复位及功能参数设定和记录查询。如图2所示：

图2控制系统示意图

（二）功率单元柜

1.功率单元的结构

功率单元主要由输入熔断器、三相全桥整流器、滤波电容器组、IGBT逆变桥、直流母线和旁通回路构成，同时电子控制部件还包括电源、驱动、保护监测、通讯等组件组成的控制电路。单元结构如图3所示。

图3变频器单元结构

变频器的所功率单元具有完全相同的结构，可以互换。每一个功率单元由移相变压器的一组副边供电，通过三相全桥整流器将交流输入变为直流，并将能量储存在电容器组中。电子控制部件接收主控系统发送的PWM信号并通过控制IGBT的工作状态，输出PWM电压波形。监控电路实时监控IGBT和直流母线的状态，将状态反馈回主控系统。在某一个功率单元出现重故障时，主控将打开该功率单元的旁通回路，使该功率单元进入旁通状态，而整个变频器可以继续工作，当引起旁通的故障原因消失之后，变频器退出旁通并自动恢到原工作状态。

2.功率单元H型桥接

将变频器输出每一相的8个功率单元依次串联，如图3-4所示，功率单元A1的输出A1R连到功率单元A2的输出A2L，功率单元A2的输出A2R与A3单元的输出A3L连接，依次类推，功率单元A7的输出A7R与A8单元的输出A8L连接。B、C相同理，最后将A1、B1、C1三个单元的输出A1L、B1L、C1L连在一起作为变频器的中点，将A8、B8、C8三个单元的输出A8R、B8R、C8R与电机连接。

图4功率单元的串联

（三）变压器柜

柜内装有移相变压器，为各个功率单元提供较低的交流输入电压，同时通过移相技术，使变频器电网输入侧的功率因数提高到0.95以上，并将电网输入侧的谐波总量降低到4％以下。

移相变压器在设备中主要有三个功能：一是将输入高压变成为低压，从而可以用低压的电力电子器件直接逆变；二是起到高压和低压间以及低压各绕组间相互绝缘的作用，从而使得各低压单元的输出可以直接相串联而无需担心短路和环流的问题；三是可以通过将低压各绕组移相，达到移相多重化整流的目的，从而使输入电流谐波急剧减小，使变频器对电网基本上没有干扰。

移相变压器电气原理如图5所示：变压器原边绕组为10kV，副边共24个绕组分为三相。每相移相组数为8，各组间相位差为7.5o，每个绕组为延边三角形接法，分别有多个移相角度，每个绕组接一个功率单元。

图5移相变压器电气原理

（四）旁通柜

柜内主要布置了移相变压器输入浪涌/谐波吸收器、输出电压检测PT、隔离刀闸。在变频器故障情况下可执行工频旁路功能。

三、存在问题及处理方法

变频器采用风冷形式，但排风在电气室内部，在夏季运行时因为环境温度太高，变频器经常出现“单元过热”、“变压器过热”故障。通过对电气室中央空调进行改进，定期清扫过滤网等措施，有效地排除了这一故障。

四、结束语

经过两年来的运行，高压变频器表现出了良好的性能特性，完全能够满足生产快速响应的要求。采用变频调速后，实现了电机的软启动，减少了电机启动时的冲击，可有效延长电机的使用寿命。

参考文献：

[1]Bin wu.大功率变频器及交流传动[M].北京:机械工业出版社,2008.

[2]张皓,续明进,杨梅.高压大功率交流变频调速技术[M].北京:机械工业出版社,2006.

[3]刘凤君.环保节能型H桥及SPWM直流电源式逆变器[M].北京:电子工业出版社,2010(05).

[作者简介]曹凌（1976.07-），男，毕业于昆明理工大学工业计算机技术及应用专业，现任攀钢工程技术有限公司西昌分公司经营财务部部长，技术职称为助理工程师，主要研究方向：设备管理、企业营销与策划。

作者：曹凌

高压大功率变频器研究论文 篇3：

变频改造对电厂辅机安全性的影响分析

摘 要：随着我国经济的快速发展，人们对电能的需求越来越大，在火力发电厂中，泵与风机主要的耗电设备，电耗约占发电机组用电的75%以上，大型辅机多采用定速泵，效率在设计工况点附近很高，机组需要在偏离设计点的低负荷运行，效率下降，厂用电率增加，所以辅机节能的潜力很大。变频调速在较宽负荷范围具有很高的调节效率，随着高压变频技术逐渐成熟，大功率变频器性价比逐渐提高，成为泵与风机节能的重要手段。本文对如何提高变频器及相关回路的可靠性进行分析，使变频器及相关回路在出现故障时对机组影响最小。

关鍵词：火力发电厂；变频改造；辅机安全性；分析

一、变频技术的节能原理

在火电厂中高压辅机设备的稳定性、可靠性影响发电机组的安全稳定运行，其中变频器是利用电力半导体器件的通断作用将电源的频率由工频变换为另一个频率的电能控制装置。应先将工频交流电源转换为直流电源，再将直流电源转换为频率、电压可控的交流电源，变频器的电路由整流、中间直流环节、逆变和控制组成。高压电机变频调速通过改变输入到交流电机的电源频率，从而达到调节交流电动机转速的目的。根据电机学原理，交流异步电动机转速由下式确定：

由式（1）可知，电动机的输出转速与输入的电源频率、转差率、电机的极对数有关。交流电动机的直接调速方式主要有：

（1）变极调速（调整p）；

（2）转子串电阻调速或串级调速或内反馈电机（调整s）；

（3）变频调速（调整f）。

其中高压电机变频调速的优点多，得到了广泛的应用。根据流体力学的基本定律可知：泵（或风机）类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q、压力（扬程）H以及轴功率P具有如下关系：

式中：Q1、H1、P1—风机（或水泵）在n1转速时的流量、压力（或扬程）、轴功率；Q2、H2、P2—风机（或水泵）在n2转速时的相似工况条件下的流量、压力（或扬程）、轴功率。由式（2）、式（3）、式（4）可知，风机（或水泵）的流量与其转速成正比，压力（或扬程）与其转速的平方成正比，轴功率与其转速的立方成正比。当风机转速降低后，其轴功率随转速的三次方降低，驱动风机的电机所需的电功率亦可相应降低。当风机原用进口挡板节流调节时，如果原选型余量大，此时若改用降低转速调节出力，是非常节能的。从上述分析可见，调速是风机、水泵节能的重要途径。

二、辅机变频改造的关键控制技术

1.变频运行的控制原则与策略

辅机采用变频以后，泵或风机的调门或挡板开足，过去调门或挡板是由变频器控制的，也是辅机变频改造后控制策略的基本原则。当送风机、吸风机、一次风机采用变频以后，运行时静叶应全开，由变频器转速调节送风量、炉膛负压和一次风压。虽然阀门全开会最节能，，但是在全开的时候无法满足工艺需求，如凝泵变频后，应保证凝结水母管压力，会采用凝泵变频器调节除氧器水位，凝泵出口调门调节凝结水母管压力，使得系统不稳定。其实凝结水压力不用控制某压力点，只需要限制最小压力不低于标准值。

变频凝泵与凝泵出口调门控制中，变频器转速投自动后控制水位偏差，凝泵出口调门采用开环控制，在低负荷的时候对于的开度很小，反之很大，有效的保证母管压力。

2.变频故障时的变工频自动切换

工频、变频切换功能有正常的切换功能和故障切换功能，正常工况下泵或风机有工频切换到变频、有变频再切换到工频。对于一些没有备用的辅机，当出现变频器故障时，将变频自动切换到工频，在进行机组风机变频改造中，当出现变频器故障时，没有考虑变频切换到工频的功能，导致辅机跳闸。这种改造方法降低机组运行的可靠性，机组负荷与参数波动很大。

对于900MV机组一次风机变频改造中，设计变频故障时的变工频自动切换，机组在运行的时候出现两次变频器故障，都切换到工频，所以在变频器故障切换工频功能设计的时候，应充分考虑相互间的匹配动作，同时应注意以下几点：

（1）变频器故障后应切断进、出口开关，过几秒后合上工频开关，应保证电机安全，还应满足风压变化不超限。

（2）变频器故障后应切断进、出口开关的同时，故障的一次风机静叶应快速关到此负荷下对应的开度，达到正常开度后切换到静叶的压力控制，故障风机升工频的时候，正常风机应同时升到工频，静叶关至工频时此负荷下对应的开度，然后在切换到一次风机静叶的压力控制，防止两侧强风情况出现。

（3）应记录原先工频时不同负荷下调门或静叶对应的开度十分重要，对于风机，尽管由于不同负荷下静叶开度与煤种、环境温度等关系很大，其动作趋势是正确的，有利于后续的调节，跟踪的开度指令信号考虑环境温度等因素的效果会更好。

对于一些有备用的辅机，如果变频器故障等因素引起运行辅机跳闸，会自动启动备用泵，调门开度与辅机转速间的匹配动作，防止辅机超出力跳闸或工艺参数越限。

3.RB工况时的控制策略

对于无备用辅机，当变频器故障时切换工频失败，或泵、风机自身故障，机组会触发RB，RB逻辑判断条件，应躲避变频切工频的时间，如当风机出现变频器故障的时候，先切换到工频，如果切换失败，再触发风机RB。当锅炉炉膛负压、一次风压，需要快速调节的回路。如发生吸风机RB 时，运行吸风机的频率应升到50HZ，如果原先运行的吸风机静叶不在全开位置，可以增加开度，而跳闸吸风机的静叶应全关。

吸风机改变频后，如发生送风机、给水泵等RB工况时，变频器速率受限制将对炉膛负压的控制带来不利影响。所以发生送风机RB时，吸风机静叶超驰关至某一开度，弥补变频器转速降低的情况。增减速率较慢是大型变频器的普遍情况，对调节的影响应引起关注，考虑故障工况下参数大扰动的应对措施。

结语

随着人们的节能意识越来越高，对电厂机组节能减排的要求越来越高，高压大功率变频技术的技术逐渐成熟，很多电站实施大型辅机的变频节能改造。很多新建机组基建时将变频辅机作为标准配置，辅机变频后的配套控制方案对机组安全稳定运行十分重要。所以应根据变频辅机的特点，采用合理的控制方案，提高辅机变频改造后机组运行的可靠性。

参考文献：

[1]姚峻，祝建飞，曹卫峰，高磊. 提高火电厂辅机变频改造后控制可靠性的探讨[J]. 电力与能源. 2014（05）

[2]陈福向. 发电厂高压电机节能变频改造的技术分析[J]. 中国新技术新产品. 2015（12）

[3]申超. 发电厂高压电机节能变频改造分析研究[J]. 煤. 2016（04）

[4]崔志强，罗景辉，杨震，夏达. 电机变频改造项目节能量量化方法研究[J].节能. 2015（03）

作者：邢裕