大功率交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的研究(1)(編輯修改稿)
2024-09-20 11:31 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 連軋廠投入 生產(chǎn)。替代進(jìn)口節(jié)約工程投資2 877萬(wàn)元,提髙產(chǎn) 量50 %，當(dāng)年新增效益1 ? 17億元[3]。圖2國(guó)產(chǎn)第一套熱連軋機(jī)傳動(dòng)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中戰(zhàn)勝ABB、西門子等國(guó)外大公司， 承接了國(guó)內(nèi)最大的礦井提升機(jī)傳動(dòng)工程，攻克了雙 機(jī)拖動(dòng)、系統(tǒng)冗余、髙安全性等難題,研制成功國(guó)產(chǎn) 第一套6 000 kW大型礦井提升機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)(見 圖3)，在淮南煤礦投入運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)當(dāng)年提煤 507 x 1041，年獲益達(dá)10億元，該項(xiàng)成果填補(bǔ)了國(guó)產(chǎn) 礦井提升機(jī)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(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(guò)2 000 MW。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。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)。而2000—2005年，國(guó)產(chǎn)化裝備已成熟并占領(lǐng) 市場(chǎng)，我國(guó)乳機(jī)傳動(dòng)交交變頻共239套，其中國(guó)外引圖3國(guó)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(guó)內(nèi)制造165套，占69 %。目前國(guó)產(chǎn)最大 功率變頻器為25 000 kW,驅(qū)動(dòng)12 000 kW的同步 電機(jī)。正是這一代表國(guó)家自主創(chuàng)新的交交變頻技術(shù)與 外國(guó)公司競(jìng)爭(zhēng)，全面扭轉(zhuǎn)了大功率交交變頻傳動(dòng)裝 備長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的局面。標(biāo)志著我國(guó)在大功率交流 調(diào)速理論研究、裝備制造、工程設(shè)計(jì)與調(diào)試技術(shù)方面 躋身于世界先進(jìn)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(jì)80年代以來(lái)，大功率可關(guān)斷晶閘管 GT0、場(chǎng)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(wèn)世，開始了一個(gè)以自關(guān)斷 電力電子器件為核心的新時(shí)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(dòng)裝置 具有節(jié)約原材料，變換器裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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)。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。因此，具有輸人功率因數(shù) 高、輸出頻率高、無(wú)需無(wú)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(dòng)領(lǐng)域?；?于IGCT的大功率三電平二極管中點(diǎn)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(dòng)化研究院科研團(tuán)隊(duì)緊緊把握電力電子 技術(shù)的發(fā)展方向，在國(guó)家“八六三”計(jì)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(dòng)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(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)。 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。針對(duì)這一難題，對(duì)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(jì)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(jì)算的基礎(chǔ)上，對(duì)三電平 PWM控制技術(shù)進(jìn)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(dòng)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、
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