大功率交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的研究(1)(存儲版)
【正文】 傳動的關(guān) 鍵設(shè)備，在國民經(jīng)濟(jì)中是特別重大裝備的核心部件。在所研制的IGCT功率模塊關(guān)斷能力試驗中， 當(dāng)直流母線電壓為2 500 V時，最大IGCT關(guān)斷電流 達(dá)到了 3 080 A。采用方便產(chǎn)品制造和用戶維護(hù)的模塊 化結(jié)構(gòu)設(shè)計，研究了一整套獨(dú)特的模塊壓裝技術(shù)。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(guān)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(jié)構(gòu)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(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，將交交變頻技術(shù)進(jìn)一步產(chǎn)業(yè)化并 大規(guī)模推廣應(yīng)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(diào)速系統(tǒng) 達(dá)270套，總裝機(jī)容量超過2 000 MW。大直徑器件高溫存儲及長期存儲 等技術(shù)難關(guān),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(shí)踐基礎(chǔ)上，總結(jié)經(jīng) 驗、理論創(chuàng)新，建立了自主知識產(chǎn)權(quán)的交流變頻調(diào)速 工程設(shè)計方法。該理 論和設(shè)計已運(yùn)用于國內(nèi)電機(jī)廠變頻同步電機(jī)的 制造。特別是大型軋機(jī)扭振嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量， 還會造成斷軸的重大設(shè)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(diào)速系統(tǒng)中更為突出。 交流電機(jī)分異步電機(jī)和同步電機(jī)，由于同步電 機(jī)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(diǎn)，國際上2 000 kW以上大功率變頻調(diào)速多趨向 于同步電機(jī)。隨著電力電子技術(shù)、微 電子技術(shù)以及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，大功率交流電 機(jī)變頻調(diào)速得到長足的發(fā)展，并在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域 廣泛應(yīng)用。[關(guān)鍵詞]大功率交流電機(jī)。交直交變頻[中圖分類號]TM32 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]10091742(2〇09)05 0031 06萬方數(shù)據(jù)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(shè)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(diào)速可以節(jié)能 30 %以上，成為當(dāng)前節(jié)能減排，國家十大節(jié)能工程 電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能的重點(diǎn)推廣技術(shù)。 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(shù)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(shè)計與諧波治理就成 為該技術(shù)推廣應(yīng)用的難題。圖1交交變頻調(diào)速系統(tǒng) Fig. 1 AC AC variable speed system，解決了電機(jī)繞組燒 毀的難題，帶動國產(chǎn)變頻同步電機(jī)研制成功針對國際上變頻同步電機(jī)阻尼繞組存在的模糊 認(rèn)識,深入研究了同步電機(jī)阻尼繞組理論，提出同步 電機(jī)磁場定向控制存在動態(tài)過程磁鏈與轉(zhuǎn)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(yīng)，改善磁鏈與轉(zhuǎn)矩解耦控制特性，加快電流響應(yīng)， 維持磁鏈恒定，抑制負(fù)載角振蕩，提高了同步電機(jī)的 過載能力。從 異步電機(jī)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(diào)試方法，使國產(chǎn)交流調(diào)速系統(tǒng)工程調(diào)試成功，這 些理論豐富并完善了交流同步電機(jī)調(diào)速理論。，使交流調(diào)速達(dá)到高精 度、高動態(tài)響應(yīng)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(jìn)相結(jié)合，采用先進(jìn)的計算機(jī)硬件模 板，自主開發(fā)調(diào)速系統(tǒng)的工程應(yīng)用軟件，自主完成工 程設(shè)計與工程調(diào)試，形成自主知識產(chǎn)權(quán)的工程控制 軟件。采用576支國產(chǎn)晶閘管研制了 8臺萬千瓦級大 功率變頻器，驅(qū)動8臺5 000 kW大功率變頻同步電 機(jī)。而2000—2005年，國產(chǎn)化裝備已成熟并占領(lǐng) 市場，我國乳機(jī)傳動交交變頻共239套，其中國外引圖3國產(chǎn)第一套礦井提升機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng) Fig. 3 The first domestic mine hoist AC variable speed system進(jìn)74套，國內(nèi)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(bǔ)償?shù)忍攸c(diǎn)的交直交變頻 調(diào)速開始廣泛應(yīng)用于髙速、高性能的傳動領(lǐng)域。針對這一難題，對IGCT三電平變頻器拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)、箝位電路結(jié)構(gòu)、特別是IGCT的保護(hù)進(jìn)行了深人 研究，成功設(shè)計了 IGCT三電平變頻器電路結(jié)構(gòu)。采用DSP微機(jī)控制系統(tǒng)產(chǎn)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(shí)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(diào)試并投入運(yùn)行。其中電力電子技術(shù)是核心，電力電 子技術(shù)特別是電力電子器件的發(fā)展引領(lǐng)大功率交流調(diào)速的發(fā)展。然而大功率交流調(diào)速產(chǎn)業(yè)的發(fā) 展必須依托我
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