大功率交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的研究(1)-免費(fèi)閱讀
【正文】 李向欣。隨 著新型電力電子器件的發(fā)展和應(yīng)用，大功率交流調(diào) 速技術(shù)與裝備將不斷更新進(jìn)步。 廣泛應(yīng)用于冶金軋鋼、礦山提升、機(jī)車牽引、船舶推 進(jìn)、油氣輸送和風(fēng)機(jī)水泵節(jié)能等領(lǐng)域。變頻器在電感負(fù)載下三電平狀態(tài) 下運(yùn)行，直流母線電壓為5 000 V時(shí)，逆變器輸出線 電流峰值達(dá)到2 500 A，輸出功率達(dá)到10 MVA。 使IGCT變頻器的體積大大縮小，是國(guó)外引進(jìn)GTO 變頻器的一半，其功率密度比達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。004 MVA IGCT變頻器電路原理圖 Fig. 4 The circuit diagram oi the MVA IGCT converter IGCT仿真模型，深入研究了 IGCT的 開關(guān)特性，提出IGCT應(yīng)用的設(shè)計(jì)方法變頻器首次采用了 4 000 A/4 500 V高壓大功 率IGCT器件，通過(guò)對(duì)IGCT元件的開關(guān)特性進(jìn)行深 人研究，建立了能夠應(yīng)用于大功率三電平變頻器系 統(tǒng)的IGCT元件的功能模型,通過(guò)對(duì)IGCT元件的開 關(guān)特性進(jìn)行深入的仿真研究，為IGCT大功率變頻 器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。在大功 率交流調(diào)速領(lǐng)域，采用IGCT/IGBT新型器件的大功 率變頻器已成為趨勢(shì)。交交變頻國(guó) 產(chǎn)裝備的大規(guī)模推廣應(yīng)用，促使我國(guó)大型軋機(jī)傳動(dòng) 交流化超過(guò)90 % ,提髙能效30 %，大大推動(dòng)了我國(guó) 鋼鐵、煤炭行業(yè)裝備的技術(shù)進(jìn)步和節(jié)能降耗。采用國(guó)產(chǎn)晶閘管研 制成功具有國(guó)際先進(jìn)水平的大功率高電壓交交變頻 功率裝置，滿足了大型交流電機(jī)變頻調(diào)速傳動(dòng)的要 求。，解決 了傳動(dòng)機(jī)電振動(dòng)問(wèn)題[2]深入研究了交流調(diào)速機(jī)電振動(dòng)理論，與常見的 躲避機(jī)電共振頻率被動(dòng)方法不同，運(yùn)用現(xiàn)代控制理 論構(gòu)造出機(jī)電振動(dòng)模型及抗負(fù)荷擾動(dòng)觀測(cè)器，通過(guò) 控制電氣傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)抑制機(jī)電振動(dòng),從而解決了軋 機(jī)傳動(dòng)機(jī)電扭振問(wèn)題。，完善了同 步電機(jī)磁場(chǎng)定向控制理論針對(duì)同步電機(jī)磁場(chǎng)定向控制存在著定子磁鏈、 氣隙磁鏈、轉(zhuǎn)子磁鏈等不同定向控制方式。3交交變頻調(diào)速技術(shù)的研究交交變頻調(diào)速系統(tǒng)如圖1所示，由3組反并聯(lián) 晶閘管可逆橋式變頻器組成,它沿續(xù)晶閘管變流器 的電網(wǎng)自然換流原理，具有過(guò)載能力強(qiáng)、效率高、輸 出波形好等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于大功率低速運(yùn)轉(zhuǎn)的軋鋼機(jī)和 礦井提升機(jī)傳動(dòng)，交交變頻調(diào)速占主流。諧波會(huì)污染 電網(wǎng)，殃及同一電網(wǎng)上的其他用電設(shè)備，甚至影響電 力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。但是國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界對(duì)同步電機(jī)調(diào)速理論的研究 不多，變頻同步電機(jī)的運(yùn)行機(jī)理不清楚，特別是電機(jī) 變頻狀態(tài)的阻尼繞組理論模糊，一些學(xué)者提出同步 電機(jī)只設(shè)半阻尼，甚至不設(shè)阻尼繞組。例如在國(guó)防與交通領(lǐng)域，大功率交流變 頻調(diào)速是大型艦船電力推進(jìn)、高速機(jī)車牽引、磁懸浮 列車的核心設(shè)備。交流調(diào)速。交交變頻。在能源工業(yè)中，采用交流調(diào)速來(lái) 驅(qū)動(dòng)礦井提升機(jī)，西氣東輸、南水北調(diào)的油、氣、水輸 送大型壓縮機(jī)。同時(shí)我國(guó)鋼 鐵廠從國(guó)外引進(jìn)的裝備多次出現(xiàn)電機(jī)阻尼繞組燒壞 事故,變頻同步電機(jī)調(diào)速理論有待于深入研究。諧波還會(huì)干擾通訊和控制系統(tǒng)， 嚴(yán)重時(shí)會(huì)使通訊中斷，系統(tǒng)癱瘓。冶金自動(dòng) 化研究院在國(guó)家科技攻關(guān)和自然科學(xué)基金的支持下，在交流調(diào)速理論與工程關(guān)鍵技術(shù)上取得創(chuàng)新。發(fā)現(xiàn)同 步電機(jī)阻尼磁鏈比其它磁鏈抗擾動(dòng)性更強(qiáng)，并易于 觀測(cè)，指出動(dòng)態(tài)的同步電機(jī)阻尼磁鏈相當(dāng)于異步電 機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈，并提出動(dòng)態(tài)異步穩(wěn)態(tài)同步的概念，揭 示了同步電機(jī)與異步電機(jī)控制的內(nèi)在聯(lián)系m。申報(bào)了發(fā)明專利，在理論研 究和工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，出版了學(xué)術(shù)專著《軋機(jī)傳 動(dòng)交流調(diào)速機(jī)電振動(dòng)控制》。圖2為國(guó)產(chǎn)第一套熱連軋機(jī)傳動(dòng)交流調(diào)速系 統(tǒng)。2000年以前，我國(guó)軋機(jī)傳動(dòng)從國(guó)外引進(jìn)交交變 頻77套，國(guó)產(chǎn)僅11套，主要樹立樣板，國(guó)外引進(jìn)占 主導(dǎo)。由于晶閘管交交變頻調(diào)速存在著輸出頻率低、 電網(wǎng)功率因數(shù)低的缺點(diǎn)，對(duì)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的冷連軋機(jī)、 髙速機(jī)車牽引、大型油氣輸送等大型傳動(dòng)系統(tǒng)，交交 變頻調(diào)速顯然存在局限。 得創(chuàng)新三電平電路拓?fù)浜腕槲浑娐肥谴蠊β蔍GCT變 頻器的研究重點(diǎn)，國(guó)際上該研究的理論模糊、方案各 異。 研制成功基于 VME( versa module eurocard) 總線的多CPU全數(shù)字控制系統(tǒng)本系統(tǒng)研制了基于VME總線的多CPU全數(shù)字 控制系統(tǒng)。試 驗(yàn)結(jié)果表明，所研制的IGCT高壓大功率變頻器已 達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。大功率交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)涉及到電力電 子、電機(jī)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等多個(gè)學(xué)科，是跨學(xué)科交 叉的高新技術(shù)。電力電子學(xué)科的理 論、方法、工程實(shí)踐將在材料、電路、裝備、應(yīng)用等多 個(gè)領(lǐng)域面臨著挑戰(zhàn)。干永革國(guó)產(chǎn)大型熱連軋機(jī)主傳動(dòng)交流凋速系統(tǒng)[期刊論文]冶金自動(dòng)化2000(05)何山；李向欣。段巍軋機(jī)傳動(dòng)交流調(diào)速機(jī)電振動(dòng)控制2003李崇堅(jiān)。大功率電力電子變頻器追求高效率、髙功率密 度、高可靠性，對(duì)電網(wǎng)和電機(jī)的低諧波、低污染。5結(jié)語(yǔ)大功率交流電機(jī)變頻調(diào)速是大型機(jī)械
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