大功率交流電機變頻調速技術的研究(1)(存儲版)
【正文】 傳動的關 鍵設備，在國民經濟中是特別重大裝備的核心部件。在所研制的IGCT功率模塊關斷能力試驗中， 當直流母線電壓為2 500 V時，最大IGCT關斷電流 達到了 3 080 A。采用方便產品制造和用戶維護的模塊 化結構設計，研究了一整套獨特的模塊壓裝技術。變頻器的額定 MVA,額定輸出電壓3 800 V，額定輸出 電流1 200 A，輸出頻率0 ~300 Hz。與傳統(tǒng)的晶閘管器 件相比,采用自關斷電力電子器件的電氣傳動裝置 具有節(jié)約原材料，變換器裝置結構簡單、體積小、重 量輕、功率因數(shù)高、諧波污染小等顯著優(yōu)點。在此基礎上，將交交變頻技術進一步產業(yè)化并 大規(guī)模推廣應用，已向包鋼、攀鋼、武鋼、鞍鋼、淮北 礦等30多家企業(yè)推廣2 000 kW以上變頻調速系統(tǒng) 達270套，總裝機容量超過2 000 MW。大直徑器件高溫存儲及長期存儲 等技術難關,研制成功直徑1〇〇 mm的KP 3 500 A/ 4 000 V高電壓大功率晶閘管。同時，在大量工程實踐基礎上，總結經 驗、理論創(chuàng)新，建立了自主知識產權的交流變頻調速 工程設計方法。該理 論和設計已運用于國內電機廠變頻同步電機的 制造。特別是大型軋機扭振嚴重影響產品質量， 還會造成斷軸的重大設備事故。諧波問題是所有變頻器的共同問題，尤 其在大功率變頻調速系統(tǒng)中更為突出。 交流電機分異步電機和同步電機，由于同步電 機具有功率因數(shù)高、變頻容量小、動態(tài)性能好等顯著 優(yōu)點，國際上2 000 kW以上大功率變頻調速多趨向 于同步電機。隨著電力電子技術、微 電子技術以及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，大功率交流電 機變頻調速得到長足的發(fā)展，并在國民經濟各領域 廣泛應用。[關鍵詞]大功率交流電機。交直交變頻[中圖分類號]TM32 [文獻標識碼]A [文章編號]10091742(2〇09)05 0031 06萬方數(shù)據2009年第11卷第5期37[收稿日期]2〇〇9〇1〇5[作者筒介]李崇堅(1952 ),男,廣西合浦縣人，冶金自動化研究設計院總工程師，教授級高級工程師，主要從事電力電子及電氣傳動研究。尤其是交流變頻調速可以節(jié)能 30 %以上，成為當前節(jié)能減排，國家十大節(jié)能工程 電機系統(tǒng)節(jié)能的重點推廣技術。 大功率電力電子變頻器面臨的主要問題是大功 率、高電壓、大電流、高效率和髙可靠性，而變頻器技 術主要取決于電力電子器件的發(fā)展。因此，大功率變頻 器的諧波與無功的計算，工程設計與諧波治理就成 為該技術推廣應用的難題。圖1交交變頻調速系統(tǒng) Fig. 1 AC AC variable speed system，解決了電機繞組燒 毀的難題，帶動國產變頻同步電機研制成功針對國際上變頻同步電機阻尼繞組存在的模糊 認識,深入研究了同步電機阻尼繞組理論，提出同步 電機磁場定向控制存在動態(tài)過程磁鏈與轉矩控制不 解耦的缺陷，阻尼繞組可以抵消動態(tài)過程的電樞反 應，改善磁鏈與轉矩解耦控制特性，加快電流響應， 維持磁鏈恒定，抑制負載角振蕩，提高了同步電機的 過載能力。從 異步電機控制出發(fā)，提出阻尼磁鏈定向控制原理，研 制了阻尼磁鏈定向控制系統(tǒng)，提出不要模擬器的工 程調試方法，使國產交流調速系統(tǒng)工程調試成功，這 些理論豐富并完善了交流同步電機調速理論。，使交流調速達到高精 度、高動態(tài)響應緊跟數(shù)字控制取代模擬控制的發(fā)展趨勢，采取 自主研發(fā)與引進相結合，采用先進的計算機硬件模 板，自主開發(fā)調速系統(tǒng)的工程應用軟件，自主完成工 程設計與工程調試，形成自主知識產權的工程控制 軟件。采用576支國產晶閘管研制了 8臺萬千瓦級大 功率變頻器，驅動8臺5 000 kW大功率變頻同步電 機。而2000—2005年，國產化裝備已成熟并占領 市場，我國乳機傳動交交變頻共239套，其中國外引圖3國產第一套礦井提升機交流調速系統(tǒng) Fig. 3 The first domestic mine hoist AC variable speed system進74套，國內制造165套，占69 %。因此，具有輸人功率因數(shù) 高、輸出頻率高、無需無功補償?shù)忍攸c的交直交變頻 調速開始廣泛應用于髙速、高性能的傳動領域。針對這一難題，對IGCT三電平變頻器拓撲結 構、箝位電路結構、特別是IGCT的保護進行了深人 研究，成功設計了 IGCT三電平變頻器電路結構。采用DSP微機控制系統(tǒng)產生逆變控制 的PWM脈沖，該脈沖信號由光纖傳遞到IGCT功率 模塊，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)與高壓功率柜之間信息傳遞 和安全隔離。 MVA大功率IGCT三電平交直交變頻器系 統(tǒng)于2007年在試驗現(xiàn)場安裝調試并投入運行。其中電力電子技術是核心，電力電 子技術特別是電力電子器件的發(fā)展引領大功率交流調速的發(fā)展。然而大功率交流調速產業(yè)的發(fā) 展必須依托我
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