交—交变频在铝轧机中的应用

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  【摘要】本篇文章主要针对同步电机本身的结构、同电机和交-交变频器持续运转过程中所呈现出的运行原理、控制系统实际组成、矢量控制措施等多个方面进行全面详细的探讨,以期为交-交变频器在铝轧机之中的应用发展作出贡献。
  【关键词】轧机;同步电机;循环变流器
  1、前言
  某铝业集团公司,在90年代生产发展的过程中,便引进了过外先进的CVC2#冷轧机主传动电机,并且对该电机进行了交-交变频技术的应用,促使电机本身的速度能够达到582r/min。这一同步电动机本身主要是4极的凸极形式组成,运行额定功率为4000kW,主要是通过水冷的方式来进行冷却处理。总体结构通过主要由外壳、定子、转子、分离轴承、水冷装置、脉冲发生器、转子位置角度编码器、静态加热器等组成。整个系统由主变压器、同步变压器、定子主回路、励磁主回路、实现矢量控制和触发控制功能的PSR装置及电机组成。
  2、同步电动机结构及系统构成及特点
  交-交变频器也叫周波变换器,是把电网固定频率的交流电,经过功率半导体电路直接转变为频率可调的交流电的过程。它不同于普通的变频器,没有交流整流到直流再逆变成交流的环节,是交-交变换的结构,这种技术一般用在大型功率装置上。
  每一个定子绕组本身都是利用反并联的形式,来达到整流桥供电的目的,三相在运行期间是对36个可控硅、6个整流桥来进行使用。在这其中,由于励磁所产生的电流是直流形式,并且方向没有发生任何变化,那么仅仅只需要使用一个整流桥便能够达到运行目的。在你电机的绕组星形点以及变压器星形点之间,实际上还配有相应的电压保护装置,這类装置都是通过电路控制以及2个相应的反并联可控硅来组合而成。在电压超出1500V的情况下,可控硅本身在导通起点之中,便起到了过压保护的作用,励磁中主回路也同样是以这一形态运行的。主要特色有以下几个方面:
  (1)主回路用整流变压器可采用6台双绕组整流变压器,也可采用两台三相三裂解结构的变压器。
  (2)电机和变流器采用双Y型连接结构形成12脉动的波形,大大减少谐波。通过切换柜切换,每一套变压器和变流器均可全载半速单独运行,适用性、灵活性大大增加。
  (3)同步电动机励磁采用不可逆晶闸管三相全控桥控制,保护回路除配置一套高容量压敏电阻吸收回路外,还配置一套二极管BOD检测及晶闸管开关控制的专用快速保护回路。
  3、同步电机与循环变流器的运行原理
  供电电路之中所存在的交-交变频器运行过程中所利用的原理较为复杂,主要是在进行直流驱动的过程中,其系统通过使用3组反并联整流桥的方式,来直接连接到3台完全独立的三相交流变压设备的线圈之上,而每一组整流器都能够对同步电动机中所存在的一相进行控制。
  同步电机的速度n=60f/P(极对数)。如果能连续改变频率f,即能实现速度的平滑调节。适当控制定子每相正反组整流桥触发角,使循环变流器三相输出电压接近正弦、相差120°、频率0~20Hz可调的交流电压,就可实现调速。电机定子电流的变化越接近正弦,电机输出就越平滑,脉动成分就越小。
  在电动机本身转动速度不断加快的情况下,定子绕组之上便会产生大量的感应电压。并且转动速度越快,其中所存在的感应电压就会持续不断的提升,这其中所呈现出来的循环变流器输出电压也呈现出较高的状态;在本身转速较高的情况下,电子循环变流器以及定子电压本身所输出的电压,都会受到大幅度的限制影响。
  在速度完全超过了额定转速的情况下,励磁电流便会大幅度减少,并且进入到相应的弱磁区域中,励磁电流为If∝1/f的情况下,这期间的定子电压还能够保持一定程度的额定数值;但是当速度大幅度下滑,并且低于额定转速的情况下,励磁电流也就依然保持恒定,处于一个满磁的状态下,在这期间,输出功率本身主要是随着转速的变化而变化,电机能够之间诶达到输出最大扭矩的状态。并且在速度持续升高的情况下,会随着弱磁的作用影响,而导致转矩大幅度下降,具体见图1。
  4、矢量控制
  将三相定子电流定义为定子坐标αβ中的一个空间矢量i※S,长度与定子电流大小成正比,方向为三相电流最终作用方向。随着电机旋转,电流矢量i※S也作相应旋转(见图3a)。3.13相/2相坐标变换根据三相电流iR、iS、iT可以算出:
  4.1相/3相坐标反变换
  iR=iα
  4.2αβ/dq坐标变换和反变换
  id、iq为定子电流矢量iS在同步电机dq轴上的分量,通过一系列的矢量变换和计算,可以得到控制系统所需的控制量,达到控制电机的目的。同样,也可以将定子电压和励磁电流按矢量处理。
  5、直流驱动装置与同步电机驱动装置方案比较
  从表1可以看出,交流驱动可以普遍地代替直流驱动。
  6、结论
  综上所述,在铝轧机之中对交-交变频器系统加以应用,能够极大的提升运行效率,不但能够最大限度的满足铝材生产的高精度需求,还能促使系统运行的稳定性提升,减少出现故障的可能性,切实有效的减缓了维修人员的维修压力,促使轧机生产为企业生产发展带来了更高的经济效益。
  参考文献
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  [3]祝仲禹.基于单片机的无位置传感器无刷直流电动机调速系统[D].广西大学,2001年
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