现今，节能降耗已成为我国的基本国策。煤矿企业既是产能大户,又是耗能大户,许多煤矿企业都非常重视高耗能用电设备的节能改造工作。铁煤集团大兴矿是1980年国家投资建设,于1990年11月份投产的中国东北最大的年设计、生产能力为300万吨的井工矿井。主要通风机房安设了全局排风能力最大的离心式扇风机，保证了矿井的安全生产。同时带来的问题是如何解决风量调节的问题，用风门调节风量风阻很大，存在着大量的能量浪费，能量浪费在50%以上。为了在满足矿井的通风需要的同时,又能实现最大程度的节能,荣信电力电子有限公司对铁煤集团大兴矿井主通风机采用了高压变频改造,选用功率单元串联多电平高压变频器,实现主通风机的电能节约和风量无级调速。
一、大兴矿风机变频改造的必要性
铁煤集团大兴矿井主通风机采用同步电机，而交流同步电机的调速是电气驱动领域的一大难题。我国从20世纪70年代开始进行交流同步电机调速技术的研究，目前在国内煤炭业内，大功率变频装置成功应用于同步电机的实例还很少。难点在于与普通异步电机运行相比，同步电机在运行时，电枢电压矢量与转子磁极位置之间的夹角必须在某一范围之内，否则将导致系统失步，因此同步电机变频调速时必须时刻控制这一夹角在允许的范围内变动。由于同步电机与异步电机的不同，同步电机进行变频调速改造时对高压变频装置的要求也有些差别，具体要求如下：
（1）能够解决同步电机启动整步问题；
（2）能够解决同步电机调速过程中输出电压和励磁电流的协调控制；
（3）变频装置输出电压、电流谐波应尽可能小。
铁煤集团大兴矿井主通风机担负着该矿井下主通风任务，是至关重要的大型安全生产设备，需要长期、连续、可靠、安全的运行。风机现在采用的调节风量方式为调节风门开度方式，系统在正常运转情况下风门开度仅为60％左右，其风量约为额定的60％～70％。现在系统存在的问题：调节精度低、线性度差、实时性差； 采用风门调节，造成管路压力增加，造成大量电能浪费；直接起动时，造成电网波动严重和机械冲击大，影响着系统的运行可靠性和寿命；此通风机的电机转速无法自动调节，长期以额定转速运转，对轴承等部分造成较大磨损；档板采用人工调节，实时性差，需停机进行，操作麻烦，费时费力。鉴于上述问题的存在，对现有风机进行变频技术改造，采用完美无谐波大功率变频器实现主通风机同步电机无级调速技术方案。
二、高压变频调速装置设计
1、高压变频器系统原理及参数
该高压变频器将采用性能优良、技术成熟、安全可靠的完美无谐波功率单元串联多电平技术。由电网送来的三相6000V交流电经过隔离移相变压器变为15组690V分别供给15个功率单元，每相上的5个功率单元输出的单相SPWM波相叠加后，采用Y形连接，将形成线电压为6000V的高质量的正弦波输出供给高压同步电动机驱动风机。
主控柜和功率柜之间采用光纤隔离技术，防止了电磁干扰，做到了高压与低压的完全隔离，具有极高的安全性。功率单元采用交—直—交变频技术，单相输出，IGBT元件采用先进高效的热管散热技术，大大提高了的工作可靠性。
现场设备铭牌如下：
高压变频器铭牌：额定容量 2000kVA 主变压器类型 干式移相变压器容量 2200KVA 变比6KV/15*690V 输入电压 6000V+15%-30% 高压电网频率 45—55HZ 输出电压0—6000V 输出频率 0—50HZ 调速范围 0—500r/min 输出电压谐波含量 < 4% 功率因数96% 过载能力 120% （5分钟） 效率 96% 控制柜与功率单元的传输 光纤传输冷却方式超导热管强制冷却工作环境温度 -20°C — +45°C 电机铭牌：额定电压 6KV 额定功率1600KW额定电流 150A 额定转速 500r/m 功率因数 95% 励磁电流 180A 励磁电压 80V
点通
