交流电动机变频调速技术在宝钢的应用

ENT: 0px; bbbbbbbbbbb: normal; LETTER-SPACING: normal; BACKGROUND-COLOR: rgb(255,255,255); orphans: 2; widows: 2; webkit-text-size-adjust: auto; webkit-text-stroke-bbbbb: 0px">6、1 关于大、中型变频调速系统a.交-交变频调速系统宝钢已使用的大、中型交流变频调速系统，如2050热轧厂R3、1420冷轧厂五机架使用的交-交变频同步电机矢量控制系统。该类系统是由直流可逆系统演化而成，系统结构简单、成熟，易于掌握、维护，还易于实现大容量，元件成本低，且已能国产化了。其缺点是最高输出频率受限(不超过40Hz)，网侧的谐波及无功分量大，还有旁频。但其输出电压波形平滑，dV/dt小，对电动机的绝缘无特殊要求。只需在网侧设置性能可靠的无功补偿和谐波滤波装置即可。这类系统是较为理想的选择。b. 交-直-交三电平双PWM变频调速系统1580热轧厂轧线主机、1550冷轧厂的五机架使用的交-直-交型三电平双PWM矢量控制变频调速系统。该类系统可用于同步电动机和异步电动机的调速，可实现大、中等容量。虽然主回路使用的功率开关元件数量多，即使用了两套逆变器的主回路，其一作整流器，另一作逆变器，以获得网侧高功率因数(功率因数为1.0)，低谐波分量的性能。整流变压器和逆变器的容量可以相对减小，省掉了网侧的无功补偿和谐波滤波器。输出频率范围控制自如。因装置输出为三电平，其输出电压的dv/dt相对降低了一半，因而对电动机绝缘耐受力的要求也相应降低一半。其性能价格比好，故是理想的选择。c.直接转矩控制(DTC)系统在宝钢应用之例是高速线材厂使用的ACS600(DTC)系列变频调速系统。DTC控制技术是近年发展起来的一种高性能的传动控制技术。它省去了矢量控制系统的解耦以及与解耦相关联的旋转环节，使系统结构简单，直观，物理意义清晰，极易理解。IGBT作功率开关元件，用于异步电动机调速控制。目前系统采用40MHz工作频率，每25μs即可刷新一次控制参数，实现对转矩和磁链的高性能控制。其综合技术性能优于矢量控制系统。单机容量可做到4000kW(目前，ACS1000系列可做到5000kW)，如果配上PWM整流器，可谓如虎添翼。是值得特别推荐的优良系统。d.交-直-交负载换流式(LCI)系统交-直-交负载换流式(LCI)系统也是一种可选的方案。它使用十分成熟的晶体闸流管作功率开关元件，系统结构简捷，元件价格便宜。高炉鼓风机起动装置、高速线材厂精轧机组的控制就是在宝钢成功应用之例。还有罗宾康的所谓完美无谐波的变频装置。它和交-交变频一样，可以输出较为理想的正弦波电压，因而对电动机的绝缘没有任何特殊要求。在宝钢初轧厂有应用之例。但是，因其主回路结构太复杂，因而硬件的维护工作量太大。总之，上述几种在宝钢使用的大、中型变频调速装置各有其长处和不足，在表1中显示出了几类系统的有关技术性能。6、2 关于小型通用变频器关于小型通用变频器，因其在宝钢使用的种类以及制造厂家繁多而显得有些杂乱无序。小型通用变频器的控制方式大体上可分为:矢量控制、滑差频率控制、直接转矩控制和V/f(标量)控制。它们的控制性能各有优劣，但各有其用武之地。目前，小型通用变频器的制造厂家都称自己产品性能卓著，其实不尽然。从宝钢现场使用的情况看，也发现有输出谐波指标THD达40%的，也有控制板或IGBT元件频频损坏的。应该说一般大型的公司如:西门子、ABB、三菱、日立、富士……制造的小型通用变频器性能优，通用性好，故障率低，是可选之例。特别要说明一点的是:矢量控制的理论十分成熟，但不同的制造厂家其系统构成的方式差异很大。对有的产品我们很难相信其是真正意义上的矢量控制，用户不用特殊的手段很难鉴别之。因此，极易发生花高价钱，卖低档货。笔者认为在选择产品时有必要注意以下两个方面:其一是看厂家提供的资料中的各功能块的不同功能内容，利用用户设置软件进行设置，能否构成矢量控制的基本系统;其二是看装置是否有ID或自动辨识运行功能。除非是同一家厂生产的变频器和电动机，否则，仅靠用户写入电动机的铭牌参数，系统很难达到我们所需要的控制性能指标。因为，系统在自动辨识运行中要准确地测量电动机的某些(铭牌上没有的)参数，以供适时的矢量控制演算。6、3 关于功率开关元件的问题由表2，表3中的参数可知，大、中容量的变频装置中，GTO元件已经不再受宠了，代之以IGCT、IECT或IGBT;晶体闸流管因其技术成熟，价格便宜，已能国产化，应是可选之例;IGBT已能制造出3300V/1200A的元件，虽然其单只元件容量不太大，但其有适合于并联的天性，开关性能优异，宜用于中等容量的装置。宝钢已经用到2000kW的IGBT作开关元件的装置。自然，中等容量的变频器中IGBT元件应该是首选。目前，小型通用变频器广泛使用IGBT、GTR，也有使用GTO的。IGBT由于其开关性能好，容量适合，无须并联或少并联。无论如何IGBT应该是首选。6、4 关于变频调速系统的可选件问题在一个系统中变频器的可选件考虑得是否得当，直接影响到系统的电磁兼容裕度，涉及到系统的稳定性、可靠性。可选件的作用在短时间内难以体现出来。应该说，大中容量的变频器不一定存在这个问题。因为，制造厂家在这方面用心良苦。而小容量通用变频器这个问题比较突出。首先需要说明的一点是:在可能的情况下最好采用公共整流器集中供电。这样易于控制网侧的谐波和无功分量。又能向网侧回馈能量，实现节能运行。从现场使用的情况看，公共整流器的结构形式很多，原则上都可以使用。但是，由于结构形式的不同，他们的电磁兼容性能差异很大，其功率因素从0.75～0.95不等，选用时要谨审从事。在不能使用公共整流的时候，要考虑交流进线电抗器。即使使用公共整流器，也要考虑交流进线电抗器。变频器的输出也一定要考虑选用制造厂家推荐的，适配的滤波器或dV/dt限制器。减轻很高的dV/dt对电动机定子绕组绝缘造成的损害;减轻高频谐波对其他电子设备造成干扰。否则难以保持系统足够的电磁兼容裕度。7、 参考资料可控硅电路 北京钢铁学院 赵殿甲 主编冶金工业出版社 (end)——此文章转载于互联网，文中观点与本网站无关，如有侵权请联系删除