变频调速法在各种风量调节方法中是最理想、最有效、最节能的调节方法。有关变频调速技术在矿井通风机中的应用,仍以凡口铅锌矿为例说明。
该矿的矿井通风机都采用高压电机传动,有高压同步电机和高压异步电机两大类。由于矿井通风机是矿山的耗电大户,节电潜力很大,但它又是高压电机传动,实现变频调速有一定困难。于是,长沙矿山研究院与凡口铅锌矿、冶金自动化研究院等单位合作,以老南风井的6kV,800kW同步电机传动的矿井通风机为对象,研制开发了同步电机直接高压变频器。1997年8月投入运行,并于1998年4月28日通过了中国有色金属工业总公司的技术鉴定,获得了部级科技进步二等奖。这是国内第一台同步电机直接高压变频器,节电效果十分显着。新南风井的矿井通风机采用6kV,880KW高压异步电机传动,高压变频器采用SIEMENS公司的SIMOVERT MV型三电平高压变频器。于2002年9月投入运行,节电效果也是十分显着的。下面分别简要介绍这两种高压变频器。
(1) 同步电机直接高压变频器
同步电机高压变频器主要有两类,即他控式变频调速系统和自控式变频调速系统。他控式变频调速系统所用的变频装置是独立的,其输出频率直接由速度给定信号决定,属速度开环控制。自控式变频调速系统可以使同步电机不存在失步和振荡等问题,所以一般都采用自控式运行。
我们与有关单位合作研制开发的这种同步电机直接高压变频调速装置是采用交-直-交电流型变频调速系统,属自控式变频调速系统,它由变频器、同步电机、转子位置检测器以及控制系统组成。变频器主电路采用晶闸管串联组成的高压阀串作为功率元件,它是利用同步电机的反电势来关断逆变器的晶闸管,它没有强迫换流电路,因而主电路结构简单。
硬件全套设备由高压开关切换柜(图中未表示出)、整流柜、逆变柜、励磁柜、控制柜、操作台及交流进线电抗器、直流平波电抗器、转子位置检测器、光电编码器等到部分组成。
根据凡口矿生产的情况需要,本高压变频器按周期性的固定频率运行,早班(7:00~16:00)变频装置运行在40Hz,中班(16:00~19:00)运行在35Hz,在19:00~20:00期间为放炮时间,变频器运行于40Hz,20:00~23:00运行在35Hz,23:00~24:00期间为放炮时间,变频器运行于40Hz,0:00~3:00井下作业人员很少运行于28Hz,3:00~4:00期间为放炮时间,变频器运行于40Hz,4:00~7:00运行于28Hz。
经广州金粤节能服务站的节能测试及能量平衡测试,以及凡口矿老南风井的实际记录,在正常生产期间,节电率达42%;节假日时变频器运行于28Hz,节电率达73%。年节电为192.3万kWh,在不到一年的时间内,就由节电费用收回到了高压变频器的全部投资,经济效益十分显着。
(2) 异步电机三电平高压变频器
在成功研制开发了老南风井同步电机直接高压变频器的基础上,根据深部开采的需要,对新南风井的矿井通风机进行改造,我院和有关单位合作,经过论证,最终决定采用引进WOODS轴流式风机和Siemens公司的SIMOVERT MV三电平高压变频器。
6kV高压电源经三绕组降压变压器降压,2组二次侧绕组(接法△、Y),电压各为1.2kV,经各自的6脉冲整流桥整流成直流,直流电压为3240V(正负电压各为1620V)经三电平逆变器变频变压,可输出频率可变的0~2300V的三相交流电压;经滤波器滤波后,再经升压变压器升压至6kV,供给6kV高压电动机调速。
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