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近些年由于電力電子器件的不斷發(fā)展和新的控制理論在變頻技術(shù)上的應(yīng)用，使變頻器得到了迅猛的發(fā)展，也使交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生了翻天覆地的變化，過(guò)去直流調(diào)速系統(tǒng)占統(tǒng)治地位的局面受到了猛列沖擊，交流系統(tǒng)已經(jīng)占據(jù)半壁江山，相信在不久的將來(lái)，交流調(diào)速系統(tǒng)就有可能完全取代直流調(diào)速系統(tǒng)。
目前，在交流調(diào)速系統(tǒng)中，變頻器的種類紛繁復(fù)雜，可謂是百家爭(zhēng)鳴，有通用變頻器，有工程型變頻器，有電壓源型變頻器，電流源型變頻器，有高壓變頻器，有低壓變頻器等等。而且各個(gè)廠家的變頻器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也各不相同，使用的功率器件也五花八門，在眾多的變頻器種類中，交交變頻器是比較特殊的一個(gè)類型，因?yàn)樗木€路結(jié)構(gòu)特殊，變頻原理特殊，應(yīng)用場(chǎng)合特殊。作者所在的企業(yè)正好用到了交交變頻，所以覺(jué)得有必要將將交交變頻器的設(shè)備情況向大家作一介紹，希望對(duì)讀者有所幫助。
交交變頻器主要是應(yīng)用于拖動(dòng)大功率電機(jī)應(yīng)用于大轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速的傳動(dòng)系統(tǒng)中.主要應(yīng)用場(chǎng)合有可逆軋機(jī)、礦井提升機(jī)、水泥轉(zhuǎn)窯等場(chǎng)合，本文介紹的就是在可逆初軋機(jī)上的應(yīng)用，軋機(jī)為二輥750軋機(jī)，即軋輥的直徑是750MM，軋機(jī)的轉(zhuǎn)速要求是120轉(zhuǎn)/分，軋制轉(zhuǎn)矩要求為100T米，原軋機(jī)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)采用的是旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，由于系統(tǒng)陳舊，效率低、噪音大、故障率高、維護(hù)困難等原因改造成為交交變頻的傳動(dòng)系統(tǒng)。
交交變頻器又稱為周波變流器，它主要的特點(diǎn)是不經(jīng)過(guò)中間直流環(huán)節(jié)而把電網(wǎng)頻率的交流電直接變成不同頻率的交流電，它的電路以整流橋電路為基礎(chǔ)而構(gòu)件的，要想了解三相交交變頻器的原理首先要從單相交交變頻講起。單相交交變頻的電路如下圖，它實(shí)際上就是可逆三相全控橋整流電路。
在整流電路中(以電感性負(fù)載為例）輸出輸入電壓的函數(shù)關(guān)系為：Ｕ１＝1.35Ｕ２ＣＯＳα。在通常情況下，對(duì)整流電路中的輸出電壓Ｕ不會(huì)要求頻繁變化值，即α不會(huì)頻繁變化，但是交交變頻電路中α的值在整流過(guò)程中是變化的，且在固定的周期內(nèi)讓正組橋Ｐ的α按正玄規(guī)律從９０度逐漸減小到０度，然后再叢０度增加至９０度，那么正組橋的輸出電壓就會(huì)按著正玄的規(guī)律逐漸增大再逐漸減小到零，這就形成了正玄波的上半部分，接著再對(duì)反組橋也按著這個(gè)方法控制，就形成了正玄波的下半部分，兩段波合在一起就形成了完整的正玄波．實(shí)際上這條正玄波電壓并不是平滑的，而是由若干段直流電壓拼接而成的，這就是單相交交變頻的基本原理，當(dāng)然，由于實(shí)際電路中的負(fù)載并不是存電阻性的，所以在變換過(guò)程中還會(huì)有如逆變等較為復(fù)雜的過(guò)程發(fā)生，這里就不詳細(xì)分析．三相交交變頻電路是由三個(gè)單相變頻電路組合而成的，在控制的時(shí)候讓每個(gè)單相電路的輸出波形相差１２０度電角度，就重新生成了一個(gè)大的三相交流電路．當(dāng)然這只是一個(gè)較粗的原理，真正要想應(yīng)用到實(shí)際中還要有一個(gè)很復(fù)雜的控制過(guò)程．從交交變頻的原理可以看出，三相交交變頻的電路中要有３６個(gè)可控功率元件，通常使用晶閘管，所以線路復(fù)雜設(shè)備會(huì)很龐大。普通變頻器的輸出電壓最高也只能等于輸入電壓，而交交變頻的輸出電壓的幅值可以比輸入電壓高，最高可以達(dá)到輸入電壓的1.35倍．但是它的輸出頻率不能很大，一般的最高也只能達(dá)到二十幾赫茲．
軋機(jī)交交變頻傳動(dòng)系統(tǒng)的概況：本套系統(tǒng)主要包括６３００ＫＶＡ的多副邊繞組主變壓器一臺(tái)，４００ＫＶＡ的勵(lì)磁用干式整流變壓器一臺(tái)，變頻控制柜一套，３２５０ＫＷ同步電動(dòng)機(jī)一臺(tái)，由于系統(tǒng)要求變頻器、變壓器、電機(jī)配合性很強(qiáng)，考慮系統(tǒng)有很好的整體性，所以整套設(shè)備是從ＡＢＢ公司全套進(jìn)口，系統(tǒng)的原理圖如下：
主變壓器的一次測(cè)電壓為6、3ＫＶ，二次測(cè)電壓為1000Ｖ，電動(dòng)機(jī)額定電壓1500Ｖ，額定電流１３０５Ａ，額定轉(zhuǎn)速６０／１２０轉(zhuǎn)／分,勵(lì)磁額定電流478A,額定勵(lì)磁電壓157V，電機(jī)定子繞組采用的為Ｙ型接法，變頻器三相輸出也接為Ｙ型接法，正是電機(jī)采用Y型連接，故如果變頻器的三相輸入接于變壓器的同一繞組上不能形成電流回路，所以系統(tǒng)采用了多副邊繞組變壓器.同步電機(jī)的勵(lì)磁部分采用的是三相全控橋整流電路,勵(lì)磁控制也包括在變頻器內(nèi),變頻器控制方法采用的是矢量控制,控制系統(tǒng)采用雙編碼器對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測(cè).
變頻器本體共由七面電氣控制柜構(gòu)成,其中風(fēng)機(jī)柜一面,相位柜三面,控制柜兩面,勵(lì)磁柜一面,變頻器由風(fēng)機(jī)柜內(nèi)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)集中冷卻,各柜體中有一條空氣通道將冷空氣送到功率元件進(jìn)行冷；.三面相位柜是變頻器的主電路,主要用于安裝功率元件,觸發(fā)電路等；勵(lì)磁柜為同步電機(jī)的勵(lì)磁部分供電；控制柜是整個(gè)系統(tǒng)的心臟地帶,它完成整個(gè)系統(tǒng)的控制,并能同外部建立連接。變頻器同電機(jī)之間每相設(shè)有一臺(tái)高速斷路器,用于切斷變頻器同電機(jī)之間的主電路.
由于變頻器內(nèi)部高電壓,大電流, 控制部分為了提高的抗干擾能力,采取控制功能模塊化,結(jié)構(gòu)集成化,各功能板之間除本地I/O外,相互聯(lián)系完全采用DDCS通訊協(xié)議利用光纖通信等措施,通過(guò)這些措施保證了控制系統(tǒng)的可靠性,同時(shí)也使系統(tǒng)的控制脈絡(luò)清晰,讓人一目了然。整個(gè)控制系統(tǒng)共由8種29塊控制板和外部信號(hào)處理部分構(gòu)成。
控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下:
各電路板的功能如下表
除以上變頻器本身控制電路板外，變頻器還配有用于過(guò)程信號(hào)控制及同外界聯(lián)系的控制部分。這部分主要包括上位機(jī)光纖口；用于檢測(cè)控制輔助設(shè)施的本地I/O，主要的控制對(duì)象有電機(jī)的風(fēng)冷水冷系統(tǒng)、電機(jī)軸承液壓系統(tǒng)、電機(jī)的保護(hù)信號(hào)、高速短路器的控制等，本地I/O通過(guò)總線模塊TB820同AMC板建立起連；變頻器還附帶控制面板一塊，通過(guò)控制面板可以實(shí)現(xiàn)變頻器參數(shù)的設(shè)定、故障查詢、狀態(tài)顯示；變頻器還配有用于檢測(cè)編碼器數(shù)據(jù)的GRB和NTAC-02接口模板，其中GDR檢測(cè)16位的絕對(duì)值編碼器，NTAC-02檢測(cè)脈沖編碼器數(shù)據(jù),系統(tǒng)還設(shè)置了上位控制器AC80，用于接受外部的啟動(dòng)停止等命令，RDR、NTAC-02、AC80通過(guò)一條串行總線連接到AMC主控制板上。
這套交交變頻傳動(dòng)系統(tǒng)投入運(yùn)行后，系統(tǒng)本身運(yùn)行良好，故障率低，使軋機(jī)效率大幅提高，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益。但系統(tǒng)投入運(yùn)行之出對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生了很大的沖擊，測(cè)量諧波分量超標(biāo)，后將加長(zhǎng)了系統(tǒng)的斜坡時(shí)間并上了一套濾波裝置才改善了電網(wǎng)質(zhì)量，所以如果設(shè)計(jì)交交變頻系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)將考慮這種大功率系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的影響。
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)