大功率交流電機變頻調(diào)速技術(shù)的研究(1)(編輯修改稿)
2025-02-11 02:32 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 約工程投資2 877萬元,提髙產(chǎn) 量50 %，當年新增效益1 ? 17億元[3]。圖2國產(chǎn)第一套熱連軋機傳動交流調(diào)速系統(tǒng) Fig. 2 The first domestic hot strip mill drive AC variable speed system2001年交交變頻技術(shù)被推廣到煤炭行業(yè)，在激 烈的市場競爭中戰(zhàn)勝ABB、西門子等國外大公司， 承接了國內(nèi)最大的礦井提升機傳動工程，攻克了雙 機拖動、系統(tǒng)冗余、髙安全性等難題,研制成功國產(chǎn) 第一套6 000 kW大型礦井提升機交流調(diào)速系統(tǒng)(見 圖3)，在淮南煤礦投入運行，實現(xiàn)當年提煤 507 x 1041，年獲益達10億元，該項成果填補了國產(chǎn) 礦井提升機大功率交流調(diào)速裝備的空白[4]。在此基礎(chǔ)上，將交交變頻技術(shù)進一步產(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270套，總裝機容量超過2 000 MW。交交變頻國 產(chǎn)裝備的大規(guī)模推廣應(yīng)用，促使我國大型軋機傳動 交流化超過90 % ,提髙能效30 %，大大推動了我國 鋼鐵、煤炭行業(yè)裝備的技術(shù)進步和節(jié)能降耗。2000年以前，我國軋機傳動從國外引進交交變 頻77套，國產(chǎn)僅11套，主要樹立樣板，國外引進占 主導(dǎo)。而2000—2005年，國產(chǎn)化裝備已成熟并占領(lǐng) 市場，我國乳機傳動交交變頻共239套，其中國外引圖3國產(chǎn)第一套礦井提升機交流調(diào)速系統(tǒng) Fig. 3 The first domestic mine hoist AC variable speed system進74套，國內(nèi)制造165套，占69 %。目前國產(chǎn)最大 功率變頻器為25 000 kW,驅(qū)動12 000 kW的同步 電機。正是這一代表國家自主創(chuàng)新的交交變頻技術(shù)與 外國公司競爭，全面扭轉(zhuǎn)了大功率交交變頻傳動裝 備長期依賴進口的局面。標志著我國在大功率交流 調(diào)速理論研究、裝備制造、工程設(shè)計與調(diào)試技術(shù)方面 躋身于世界先進行列。4新型電力電子器件交直交變頻調(diào)速技術(shù)的研究20世紀80年代以來，大功率可關(guān)斷晶閘管 GT0、場控器件絕緣柵雙極晶體管IGBT、集成門極 換向晶閘管1GCT相繼問世，開始了一個以自關(guān)斷 電力電子器件為核心的新時代。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。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。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，對于高速運轉(zhuǎn)的冷連軋機、 髙速機車牽引、大型油氣輸送等大型傳動系統(tǒng)，交交 變頻調(diào)速顯然存在局限。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(diào)速開始廣泛應(yīng)用于髙速、高性能的傳動領(lǐng)域?；?于IGCT的大功率三電平二極管中點箱位變頻器是 目前高性能、大功率、髙壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要 類型。冶金自動化研究院科研團隊緊緊把握電力電子 技術(shù)的發(fā)展方向，在國家“八六三”計劃的支持下， 開展大功率IGCT三電平高壓變頻調(diào)速技術(shù)的研究。圖4為大功率IGCT交直交變頻器的電路原理 圖。由整流功率單元、逆變功率單元、斬波制動功率 單元和變頻器控制系統(tǒng)等部分組成。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。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，通過對IGCT元件的開關(guān)特性進行深 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,通過對IGCT元件的開 關(guān)特性進行深入的仿真研究，為IGCT大功率變頻 器系統(tǒng)的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。 得創(chuàng)新三電平電路拓撲和箝位電路是大功率IGCT變 頻器的研究重點，國際上該研究的理論模糊、方案各 異。針對這一難題，對IGCT三電平變頻器拓撲結(jié) 構(gòu)、箝位電路結(jié)構(gòu)、特別是IGCT的保護進行了深人 研究，成功設(shè)計了 IGCT三電平變頻器電路結(jié)構(gòu)。 （PWM)控制技術(shù) 在理論分析和仿真計算的基礎(chǔ)上，對三電平 PWM控制技術(shù)進行了深入的研究，確定了以SVP WM作為IGCT大容量變頻器的控制算法，優(yōu)化矢量 發(fā)送方式以最大程度地減少主開關(guān)器件的動作次 數(shù),解決了三電平電壓空間矢量PWM調(diào)制算法在 大功率IGCT變頻器應(yīng)用中出現(xiàn)的最小脈寬處理、 死區(qū)補償和分段同步調(diào)制3個關(guān)鍵技術(shù)。
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