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1 概述3 B' P& m! h( R9 n. w
太钢15000m3制氧机,是引进乌克兰成套设备,其中10000kw同步电动机,作为空压机的原动机,在起动时,利用变频起动装置,改变了传统的降低异步起动方式。通过变频起动装置输出的可变三相交流电压,同时加一定的励磁电流,即异步起动,同步加速,将同步电动机从静止状态,起动加速到同步转速,理想的解决了起动问题。变频起动具有以下特点:) g, y! y( U: h% c/ j D( ^' c5 B
(1) 同步电动机变频起动的过程,是近于线性的同步加速过程,其定子电流小于0.5Ie,到同步状态切换并网,因而对电网不存在电流冲击。
" {' q/ L, N3 A& a(2) 设备安装简便,不需要特殊的机械基础。/ s7 ^$ C+ T8 p1 w! z' ]
(3) 在有多台同步电动机的场合,可以用一台起动装置,依次起动几台同步电动机。* l4 Y* I1 G! }' u) N8 f, e) S
(4) 属于静止起动装置,维护、检修方便,可以不受时间与电网负荷的限制,便于调试,检修试车,故障处理。6 I3 W6 i- X/ |: n
2 系统的基本构成框图与功能控制9 }, X! F- A' B4 ?: M" j$ Y5 G
2.1构成框图
( e, p; R5 @) f* Z* i( E整流器(B)和逆变器(N)是由普通SCR可控硅组成的三相桥式线路。在整流器和逆变器之间串有平波电抗器L。由图表明,变频起动装置的主电路是典型的交—直—交电流型变频线路。工作时,10kv的三相交流电源,通过交流输入电抗器,加到整流器B,其输出的直流电压送给逆变器N,而逆变器N的输出是一频率,幅值可变的三相交流电,供给同步电动机定子。
, `& G, Q$ Y+ m! ^控制系统紧紧围绕整流与逆变的工作,分别组成各自的控制环节。在变频起动的全过程中,分为两个状态。当电动机从n=0起动,f2≤5Hz低速运转时,由于同步机定子绕组受转子磁场作用而产生的感应电势很小,不足以使逆变器SCR元件关断,因此采用人工换流方式(即:断续换流)。因不投入励磁,是异步起动,称为P状态。6 q7 e3 x/ Z |- Y
当逆变桥的输出频率达到5Hz,这时投入同步电动机励磁。逆变器SCR元件换流靠同步机定子的反电势来关断,即采用自控式调频控制的方式,称为D状态。这种状态一直持续到0.9ne,同步加速逐渐减小,系统转入自动整步微调控制,最后完成同步并网。变频起动的全过程结束。
* H! _* Y% c9 U* ?2.2变频起动装置调压调速的基本原理
& A0 G8 L8 D: [, [# c1 mu1是恒压恒频10kv交流,u2是电压频率可变的交流电压,Ud为整流器B的输出直流电压,其值为Ud=1.35u1cosα。而同步电动机转速的公式为n=60f/p,感应电势为E0=KnΦ0(近似等于U2, Φ0为主磁通)。逆变角为β,令UR为逆变器输入直流电压,则UR=1.35Ecosβ,将E0=KnΦ0代入,则UR=1.35KnΦ0cosβ,若忽略平波电抗器上的压降,那么 Ud=UR,所以 1.35u 1cosα=1.35KnΦ0cosβ,故n=U1cosα/KΦ0cosβ,实际工作中,逆变角β=0-600,事实上β角整定为β=400,且固定不变,即cosβ=C(常数)而u1也是定值,则n正比于cosα,即n正比于Ud ,因此,改变整流电压可达到调速的目的.9 M% u% q7 z/ _$ R5 I9 B
2.3逆变器的换流控制
+ H4 D; `7 Z% w5 z/ t3 `2.3.1人工换流(断续换流)1 a' Q9 O. B4 m$ i& k+ O# m
P状态下,由于反电势小,换流将不可靠,所以采用人工换流。每当换流时刻,把整流桥推入逆变状态,使α=1400。瞬时整流电压极性变反,使逆变器输入电流迅速下降到零。逆变器中的6个可控硅全部断流以致关断,在出现零电流信号,确认可控硅确已关断了,立即解除整流桥的推逆变信号,恢复整流状态;同时触发逆变器对应可控硅元件导通,使之安照A、B、C三相N1、N2、N3、N4、N5、N6的规律动作。完成逆变器可控硅桥臂的换相,每次换相必定要有回路电流下降到零的过程。这种不依赖于反电势,而断续换流的方式,称为人工换流,电流波形。' b% `3 O. C4 m9 d
600 600 600! W X5 M7 d0 `$ a9 M+ A
P状态整流电流
4 \) f3 i$ Q5 y- y' t6 Y1200 600 1200( c* o3 D# a0 X+ B! q: w+ h0 o
P状态逆变电流
/ x0 E# Q. m. n' i; C- N" V ^3 \2.3.2 自然换流控制6 t) P3 p D* R# N8 M. a
同步电动机在变频起动装置的控制下起步低速运转,当逆变器的输出U2≌10%U1,f2=5HZ,这时投入励磁电流ф0。在电机定子绕组就会产生与转速成正比的感应电势E,变频起动进入D状态阶段,逆变器的可控硅就利用这感应的反电势E进行换流,即自然换流。现以图(a)中N1换流到N3为例分析:
9 E/ C; U) Z4 W设原来N1N2导通,负载电流经+—N1—a相—c相—N2流通,若在图3(b)中,M点所对应的时刻触发N3,N3导通后在M点N1承受的反电压UAB=0,随时间的推移,将有UAB0,只要这时间大于可控硅的关断时间,N1可靠关断,这样可控硅的换流在反电势的作用下自然完成。
, W, H4 }6 Z) N: s3 Z( c2.4逆变器输出三相交流电的频率控制' k5 p5 a. {/ q# L4 Q* ?
2.4.1 P状态下f2的控制
8 F0 ^# C: b& A/ m+ Q& FU2,f2是逆变器输出三相交流电的电压和频率,是可变化的.U2的大小是通过调节整流电压Ud来控制的,那么f2由什么来控制?调节控制f2就是调节逆变器可控硅工作的时间长短不同,时间长,即周期长,而f2低。缩短可控硅的工作周期,则f2增加。可以达到这个目的,只要按要求产生逆变器可控硅的触发脉冲即可。本装置在P状态采用的方式是:
% l* y. L! m' f# j由一个主控振荡器A5,在积分器A4的控制下,产生周期均匀变化的锯齿波列,再将锯齿波分离出窄脉冲。这些窄脉冲经过变换器,变换为TA、TB、TC相互差1200的方波,送给逻辑电路形成+A、-A、+B、-B、+C、-C六个逆变器触发脉冲,从而达到控制调节f2的目的。
, T' h" }( {* o. C/ T2.4.2 D状态f2的控制' n! p9 E# x5 {
变频起动进入D状态,逆变器可控硅依靠反电势E进行自然换流。对逆变器触发脉冲采用自控式调频控制方法:即检测同步电动机端电压和定子电流,再根据E=U-(IR+Ldi/dt)进行运算,得出感应电压的基波值EA,EB,EC。将基波值经过滤波、逻辑电路变换,形成逆变器各桥臂的导通脉冲。此外,EA,EB,EC基波信号还将送入速度传感环节(包括f/V变换)。转换成速度反馈信号。当整流器的Ud增加,EA,EB,EC也相应增加,由于f/V环节的控制作用,逆变器输出三相交流电的频率f2和电压U2成比例提高,当U2为10KV时,f2达到50HZ,这样完成在D状态下的f2的控制。- j6 [+ G9 u3 \+ T* e. p
2.5自动整步微调控制
6 }! N, G; x8 Q' B* a# z9 v/ p同步电动机在D状态下,转速n和频率f2都在呈线形上升。当接近于次同步时:
2 c' K \5 G; q4 o9 S4 _8 F1 `1 Z0 t+ E5 I, |1 f
即n=0.9ne,频率约为45HZ。自动整步的过程开始。这时向速度调节系统送入降低加速率的信号,0.9ne是由同步切换电路中的电位器设定的,将实际转速的信号n和设定值0.9ne进行比较,一旦转速n>0.9ne时,加速开始减慢.虽然加速率减小了,但转速和频率仍在增加,当达到超同步时,即S |
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