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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，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雜，可謂是百家爭鳴，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。而且各個廠家的變頻器的拓撲結(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類型，因為它的線路結(jié)構(gòu)特殊，變頻原理特殊，應(yīng)用場合特殊。作者所在的企業(yè)正好用到了交交變頻，所以覺得有必要將將交交變頻器的設(shè)備情況向大家作一介紹，希望對讀者有所幫助。
交交變頻器主要是應(yīng)用于拖動大功率電機應(yīng)用于大轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速的傳動系統(tǒng)中.主要應(yīng)用場合有可逆軋機、礦井提升機、水泥轉(zhuǎn)窯等場合，本文介紹的就是在可逆初軋機上的應(yīng)用，軋機為二輥750軋機，即軋輥的直徑是750MM，軋機的轉(zhuǎn)速要求是120轉(zhuǎn)/分，軋制轉(zhuǎn)矩要求為100T米，原軋機的電氣傳動系統(tǒng)采用的是旋轉(zhuǎn)變流機組，由于系統(tǒng)陳舊，效率低、噪音大、故障率高、維護困難等原因改造成為交交變頻的傳動系統(tǒng)。
交交變頻器又稱為周波變流器，它主要的特點是不經(jīng)過中間直流環(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，對整流電路中的輸出電壓Ｕ不會要求頻繁變化值，即α不會頻繁變化，但是交交變頻電路中α的值在整流過程中是變化的，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，接著再對反組橋也按著這個方法控制，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，當然，由于實際電路中的負載并不是存電阻性的，所以在變換過程中還會有如逆變等較為復雜的過程發(fā)生，這里就不詳細分析．三相交交變頻電路是由三個單相變頻電路組合而成的，在控制的時候讓每個單相電路的輸出波形相差１２０度電角度，就重新生成了一個大的三相交流電路．當然這只是一個較粗的原理，真正要想應(yīng)用到實際中還要有一個很復雜的控制過程．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個可控功率元件，通常使用晶閘管，所以線路復雜設(shè)備會很龐大。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到二十幾赫茲．
軋機交交變頻傳動系統(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，４００ＫＶＡ的勵磁用干式整流變壓器一臺，變頻控制柜一套，３２５０ＫＷ同步電動機一臺，由于系統(tǒng)要求變頻器、變壓器、電機配合性很強，考慮系統(tǒng)有很好的整體性，所以整套設(shè)備是從ＡＢＢ公司全套進口，系統(tǒng)的原理圖如下：
主變壓器的一次測電壓為6、3ＫＶ，二次測電壓為1000Ｖ，電動機額定電壓1500Ｖ，額定電流１３０５Ａ，額定轉(zhuǎn)速６０／１２０轉(zhuǎn)／分,勵磁額定電流478A,額定勵磁電壓157V，電機定子繞組采用的為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.同步電機的勵磁部分采用的是三相全控橋整流電路,勵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)采用雙編碼器對電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置進行檢測.
變頻器本體共由七面電氣控制柜構(gòu)成,其中風機柜一面,相位柜三面,控制柜兩面,勵磁柜一面,變頻器由風機柜內(nèi)兩臺風機集中冷卻,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；勵磁柜為同步電機的勵磁部分供電；控制柜是整個系統(tǒng)的心臟地帶,它完成整個系統(tǒng)的控制,并能同外部建立連接。變頻器同電機之間每相設(shè)有一臺高速斷路器,用于切斷變頻器同電機之間的主電路.
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,通過這些措施保證了控制系統(tǒng)的可靠性,同時也使系統(tǒng)的控制脈絡(luò)清晰,讓人一目了然。整個控制系統(tǒng)共由8種29塊控制板和外部信號處理部分構(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程信號控制及同外界聯(lián)系的控制部分。這部分主要包括上位機光纖口；用于檢測控制輔助設(shè)施的本地I/O，主要的控制對象有電機的風冷水冷系統(tǒng)、電機軸承液壓系統(tǒng)、電機的保護信號、高速短路器的控制等，本地I/O通過總線模塊TB820同AMC板建立起連；變頻器還附帶控制面板一塊，通過控制面板可以實現(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編碼器數(shù)據(jù)的GRB和NTAC-02接口模板，其中GDR檢測16位的絕對值編碼器，NTAC-02檢測脈沖編碼器數(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停止等命令，RDR、NTAC-02、AC80通過一條串行總線連接到AMC主控制板上。
這套交交變頻傳動系統(tǒng)投入運行后，系統(tǒng)本身運行良好，故障率低，使軋機效率大幅提高，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟效益。但系統(tǒng)投入運行之出對電網(wǎng)產(chǎn)生了很大的沖擊，測量諧波分量超標，后將加長了系統(tǒng)的斜坡時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)計交交變頻系統(tǒng)時，應(yīng)將考慮這種大功率系統(tǒng)對電網(wǎng)的影響。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號