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浅谈大功率同步电机三电平变频调速系统

时期:2021-03-15 10:42 点击数:



随着科技的一直进步,电子产业更新换代频率越来越高,在大功率调速传动范畴已呈现交换传动取代直传播动的趋势。对大容量生产机械,如轧钢机、矿井晋升机、船舶推动以及牵引传动,交换变频同步电机调速传动不仅存在与直传播动同样优胜的调速机能,还存在过载才干大、效力高、体积小、分量轻、转动惯量小、维护简单跟坚固性高等优点。同步电机与异步电机变频调速比较较,又存在功率因数高、防爆电念头容量小、弱磁区转矩特点好等特点。因为交换变频同步电机调速传动存在上述优点,国内外产业界在大容量调速传动中已陆续采取并推广这一技巧。
1.体系结构及类型
三电平变频调速体系基于数字化、主动化、网络化跟信息化等进步技巧,采取“交换同步高效电机+双三电平防爆电念头+全数字DSP调节把持+多PLC网络把持+上位机诊断与监控+局域网信息互联”的把持模式,与其余个别型设备配套利用,实现大功率电力拖动体系调速把持。
内容重要包含以下内容:变压器、高压柜、低压配电体系、PLC把持体系、全数字同步机调速调节体系(包含定子变流柜;励磁整流柜;同步机交换体系调节柜)、操作台及上位机监控体系、其它局部外围设备,体系总图如下:
2.重要技巧特点
2.1定子回路
定子变流采取背靠背双三电平结构,网侧为三电平全控整流体系,重要作用为直流电压调节跟网侧功率因数把持,阀侧为三电平逆变体系,重要实现速度闭环、转矩把持、电流把持、功率因数调节等功能,旁边为大容量电容器,重要起到滤波跟无功缓冲作用。
三电平结构可大大减轻du/dt 对功率器件跟电机绝缘的影响,降落功率设备的EMI水平,减小体系损耗。永磁电动机把电能转换成机械能的一种设备,将电能转变为机械能。它主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子。利用通电线圈产生旋转磁场并作用于转子形成磁电动力旋转扭矩。同时背靠背拓扑利于功率体系结构化设计,利于维护,使体系坚固性大大加强。
2.2谐波沾染
因为晶闸管变流器采取相切把持方法调节直流电压或电流,使电网正弦波型受到切割,并由此产生谐波电流,以致电网电压波形畸变。迫害是使设备发热,力矩不稳,甚至破坏。
而同步电机变频体系,采取了进步的SVPWM把持技巧,克制了谐波,体系谐波含量极小。满意国际跟国内标准,不须要增加治理装置。
2.3功率因数
晶闸管装置基本上绝对一个理性负载,随着把持角的转变,其功率因数也产生变更。永磁电动机把电能转换成机械能的一种设备,将电能转变为机械能。它主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子。利用通电线圈产生旋转磁场并作用于转子形成磁电动力旋转扭矩。运行期间个别在0.02-0.7之间,即起动阶段功率因数很低,等速段功率因数较高,须要进行无功弥补。而且直流体系启动无功冲击大,引起电网电压产生稳定,尤其对矿井晋升机这类短时重复工作制的负荷,电压稳定问题更加凸起。
而采取全控整流变换器进行网侧接口的三电平交直交变换器 可实现功率因数为0.98以上,在轻载时还可对其余无功须要进行弥补,其网侧谐波含量可在不增加滤波器的前提下合乎国际标准。
2.4调速机能
目前永磁同步电机的调速技巧已经十分成熟,同步机变频调试体系采取矢量把持技巧,或称磁场定向把持技巧,通过坐标变换,把交换电机的定子电流分解成转矩分量跟励磁分量,用来分辨把持电机的转矩跟磁通,就可能获得跟直流电机相仿的高动态机能。
(1)同直流体系比较,同步机变频体系存在更好的转矩响应,直流体系功率器件是晶闸管,把持周期是3.3ms,而同步机变频体系利用的是IGBT,把持频率个别是2KHZ,基本不是一个数量级的。
(2)直流体系在低速时,不可避免的要受电流纹波的影响(3.3ms),低速精度会有影响;而同步机变频体系低速把持精度要好于直流电机,可实现零速时全负载。
(3)基于电机的起因,因为同步机不换向火花对过载才干的限度,同步机变频体系过载才干也大于直流电控体系。电控体系的过载才干只与功率器件有关联。
2.5单、双绕组同步电机变频把持体系
单绕组跟双绕组同步电机价格相称。永磁电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。 电机在电路中是用字母M表示,它的主要作用是产生驱动转矩,作为用电器或各种机械的动力源,发电机在电路中用字母G表示,它的主要作用是利用机械能转化为电能。对电控体系来说,双绕组电控体系价格要高于单绕组电控体系约30%,然而双绕组同步电机电控体系是每个绕组配置一台防爆电念头,当一台防爆电念头回路呈现故障时(例如高压柜、变压器、防爆电念头等),当可实现半速全载运行。
3.技巧利用
三电平高压防爆电念头中同时利用SVPWM跟SHEPWM,即低频时采取异步SVPWM,高频时采取SHEPWM,避免了高频时SVPWM谐波特点变差跟SHEPWM在低频时存储量大的毛病,充分施展了二者的优点,使防爆电念头在全部工作范畴内都可能有效克制低次谐波,得到较好的输出波形。混淆调制的难点在于连接问题,文中剖析了影响二者之间平滑切换的起因并提出了具体的解决方法,保障了切换进程中电压跟电流不跳变。采取PSIMApp对三电平SVPWM跟SHEPWM进行了仿真研究,并在实际三电平防爆电念头把持平台上进行了实验。在电力体系、轧钢、造纸、煤炭等范畴对设备坚固性、保险性请求很高的利用处合,采取三电平变频调速体系,岂但能降落能耗,而且可能改良工艺水平,进步生产效力。此变频调速体系结构简单,体积小。与两电平比较,采取同样电压等级,器件可能实现2倍的电压输出。降落电机的共模电压,降落对电网的共模烦扰。能便利实现能量的双向流动,电机的四象限运行。与两电平比较,输出du/dt减小一半,相电压输出电平数增加,输出谐波减小。
“三电平把持”,既连续了“二电平把持”的优点,又解决了原来“二电平把持”的毛病跟不足,然而,三电平防爆电念头波及到一个中心点接地的问题,因为当初咱们国度煤矿井下的供电体系,划定中心点不接地,为此目前所研发的三电平防爆电动性是否利用到井下,便是一个急需解决的问题。






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