手动调速减速电机|IEGT高压变频器在安钢大功率同步电机变频调速中的应用.pdf

日期:2023-07-10 17:08:11浏览量:257

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第四期IEGT高压变频器在安钢大功率同步电机变频调速中的应用(安阳工学院,河南安阳455000)经过40年的发展,现在高性能可调速传动已经基本实现DC传动到AC传动的转变。介绍了IEGT大功率变频调速装置在安钢的炉卷轧机的主电机控制系统中的应用。关键词:同步电机;传动方案;注入增强栅晶体管调速装置中图分类号:TM344文献标识码:A文章编号:1673-2928(2009)04-0033-04150t转炉-炉卷轧机是安钢三步走战略重点工程。为初步解决生产中出现的主电机动态性能不稳、速度振荡、轧机接轴刚度软,无法发挥电机的过载特性,模板、连接导线易受干扰,系统故障难以判断等问题,我们实施了炉卷轧机主电机系统工程,即在自动控制系统及大功率传动方面采用了一些世界领先技术,这些技术对上述问题的解决起到了非常重要的作用。本文就IEGT大功率变频调速装置在该厂炉卷轧机主电机应用进行介绍,重点阐述了设备的选型、结构特点、控制方法及使用效果。其中通过设备选型的比较可以清楚的体现该装置的优势所在。为何选用IEGT变频器1.1电机的技术参数8000KW-12P-90/220ipm-9/22Hz-3150V;过载能力要求:225%1min,275s1.2比较分析大功率变频转动装置广泛应用于各种材料的加工生产线,尤其是轧钢、铝加工、造纸等,经过进40年的发展,现在高性能的可调速传动已经基本实现DC传动到AC传动的转变,在这个过程中Cycloconverter(下面简称交-交变频,采用LTT发晶闸管作为功率元件)作为最早且最成熟的交流变频调速壮汉子一直占据中压大容量调速装置的主导地位,直到20世纪80年代随着可控硅技术的进步,一种新的功率元件GTO门极可关断晶闸管的出现,随之推出了与之相对应的HV-IGBT(HVnsulatedGateipolarTrasistInjectionEnhancedGateTransistor注入增强栅晶体管)调速装置。

些调速装置的相继出现,既丰富了高性能大功率调速装置的产品系列,也为用户找到适合自己的传动方案提供了更多的选择。对上述装置,我们进行比较发现其特点如下:1)结构紧凑,元器件数量少,柜内布置清晰。设备体积缩小,节省了电气室宝贵的空间。2)由于元器件设计先进,所用数量少,柜内走线全部采用铜排连接,系统可靠性随之提高。3)采用IEGT功率元件的调速装置由于IEGT元件的门极驱动电流小,很大程度地减少了系统损耗,也大大提高功率元件的使用寿命。从长远来说减少了系统的备件和维护费用,从而减少系统的总体投资。4)装置功率因数接近1,对电网的影响小。电网的优化发挥了重要作用。5)装置转矩波动是最小的,这就使得它能提供更快的动态响应特性,更高的稳态运行精度。繁往复轧制的负载要求下,有很好适应性,提速快,反转速度快等优势在钢材轧制中得到了较好的发挥,轧制道次转换时间,明显优于其他功率元件。对电网电压造成的波动低,无需增加SVC(静态无功补偿)装置进行补偿,节省了大量的场地投资和设备投资。7)装置产生的高次谐波电流小,由此产生的因高次谐波电流导致的电压畸变也较其他功率元收稿日期:2008-11-12作者简介:孙晓红(1979-)女,安阳市人,安阳工学院电子信息与电气工程系助教,从事教学工作。

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安阳工学院学报JournalAnyangInstituteTechnology33安阳工学院学报JournalAnyangInstituteTechnology20098)该装置的冷却采用水冷形式,系统噪音小,冷却效率高。9)空载时系统损耗低,空载损耗的降低,符合国家目前节能减排的绿色工业政策,使整个运行成本更为经济。1.3设备最终选型生产厂商:TOSHBA,设备型号:TOSVERT2650W,主要技术参数:整流单元:三电平PWMIEGT整流器,容量约为8MVA2,入电压为3550Vac,输出电压为+/-2430Vdc。逆变单元:三电PWMIEGT逆变器,容量约为8MVA2,输入电2430Vdc,输出电压为3150Vac,过载能力IEGT变频装置介绍2.1紧凑的结构形式器由一组DC电压滤波电容器及三组单相IEGT单元组成。图中虚线框内为一组单相IEGT单元,它包括IEGT元件、4FWD二极管及箝位二极管。另外,它还包括一组附加的DC箝位缓冲回路,该回路包括电容、电阻及二极管。IEGT单元是非常紧凑的抽屉式结构的电气单元,实物照片见图2。从图中可以清楚看出IEGT元件、二极管、门极驱动电路、缓冲回路及水冷系统是怎样组装在一起的。

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这种紧凑的组合单元利于更换,能节省维修时间。IEGT单相主回路IEGT单元组装2.2IEGT变频器控制方式IEGT变频调速装置TOSVERT2本文重点介绍应用于安钢的几种主要控制方式:2.2.1同步电机矢量控制矢量控制是按下面的方式执行的:如图轴为阻抗(Reactive)轴,它能独立于转矩而自由调整主磁通的大小,T轴互为垂直关系。矢量控制就是通过在是由磁通模拟器根据实际电流的大小进行计算得出的。同步电机矢量2.2.2同步电机的转矩控制为了保证调速性能和调节器最佳化工作,在恒定负载时,调节器输出始终保持不变,即调节器的输出仅仅与负载的大小有关。因此,必须对加、减速转矩、摩擦转矩、转矩惯量等进行预先补偿,也就是所谓的“转矩预控”。要进行精确的转矩预控其关键是测量出实际的机械转动惯量和摩擦转矩,然后把它们存入初始化参数中,用于正常工作时的预控补偿。转子惯量的测量方法是:以20%的额定转矩作为给定转矩限幅。速度从NG,然后NG减速到0,根据给定转矩和加减速时间计算出转动惯量。转动惯量"其中:MN为电机转速、T上为加速上升时间、T下为减速下降时间。摩擦转矩测量方法:把速度0~100%分成16个点(给定值),测量时先给出一个速度,等到实际速度到达时,自动记录下此34第四期时的转矩值,然后由给出另一个速度,再记录该速度下的转矩值,知道n=100%时的转矩给定值,然后把所有转矩值写在初始化参数里,形成一个初始化参数表,用于以后的摩擦转矩补偿。

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加减速转MMACC=Jdydtd2πndtdvdt为转动惯量、I为齿轮比、D为转动辊辊径、dvdt为带钢加速度。2.2.3同步电机的速度控制速度调节器采用典型的PI调节器,调节器是分开独立工作的。转动速度从上级东芝PLC通过光纤网络TOSLNE—S20送来,轧机转动的速度给定控制包括有:轧机速度主令控制,从活套控制、终轧温度控制等工艺控制环节来的速度纠正值,以及由轧机手动速度联调来的纠正每个传动控制装置有两个模拟量输入通道(AIN1、AIN2),在调试维护时速度给定可由操作面 板通过模拟量输入。 这些速度给定都要经斜坡函 数发生器经过相应的斜率限制后, 再送给速度 PI 调节器。 速度实际值由同步电机转子轴上的编码器 测量,经过脉冲计数变换后,一路直接送到矢量控 制系统,用于震荡补偿控制(实际中未使用),另一 路经滤波器送到速度调节器和矢量控制系统里[26]。 使用滤波器主要是考虑到,传动轴、齿轮箱等不是 完全刚性的,有一定的弹性扭曲,对速度控制环来 说它相当于一个低频干扰量,如果不过滤掉,可能 会引起系统震荡。 速度调节器的输出为转矩给定 此外还要叠加转矩预控给定值,综合所有转 矩,则同步电机定子电流转矩分量给定值为:总转 除以磁通量Φ。

定子电流转矩分量给定限幅 值与最大允许定子电流及励磁电流分量有关。 用以上控制方案后,对应轧制速度所需的电机转 I(积分)调节器给出,而工艺要求动态响应和符合平衡由 P(比例)调节器实现。 S650W传动装置运行特性曲线, 可以看出炉卷轧机主电机控制系统采用该装置后, 系统静 态和动态技术指标完全能够满足炉卷的生产工艺 要求,从现场测得的应用特性曲线可以看出,反馈 值与给定值基本同步,且速度、转矩和电流值都只 有很小的波动,运行特性良好。 1-咬钢信号;2-上辊电机速度给定; 3-上辊电机速度反馈;4-下辊电机速度给定; 5-下辊电机速度反馈;6-上辊电机转矩反馈; 7-下辊电机转矩反馈; 8-上辊电机电流反馈;9-下辊电机电流反馈。 结束语IEGT 变频器作为一种新兴的传动装置, 有着 自身的优势,当然,它也存在一些缺点。 作为一种 新型的功率控制器件, 在使用中也发现了一系列 问题, 比如出现过因水冷装置问题停止供水导致 IEGT元件的烧损的现象, 柜内电容有漏液等。 如果能在这些方面有些改进,会使 IEGT 功率控制 器件更加完善。 还有 IEGT 变频器只有 8MVA 一种 规格,传动 10000kW 的主轧机必须双并运行,增加 了投资成本,所以如果能把 IEGT 变频器的额定容 量提高到 12MVA 以上,IEGT 变频器会有很好的 发展与应用前景。

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