常规热连轧主传动交流变频调速系统2

电气与控制技术 2015-03-29 20:47:07
    3.1 交交变频器
    3.1.1 交交变频的特点
  交交变频调速系统如图2所示,由三组反并联晶闸管可逆三相桥式变流器组成,对应同步电机定子A,B,C三相。它沿续着晶闸管变流器的电网自然换流原理,三相交交变频器采用逻辑无环流、三相有中点方式,由一台副边三分裂整流变压器供电,各台电机整流变压器接法互相错开,以减少供电高次谐波。输出端采用星点联接,电机定子绕组为三相星接,电机星点和变频器星点独立。具有过载能力强、效率高、输出波形好等优点,但同时也存在着输出频率低(最高频率小于1/2电网频率),电网功率因数低,旁频谐波影响等缺点。交交变频区分为有环流和无环流方式,可驱动同步电机或异步电机。对于主传动系统,控制器一般采用矢量控制的方法驱动同步电动机。
    3.1.2 交交变频器在热连轧机上的应用
  1993年第一套国产的2500kW交交变频同步电机调速系统研制成功,应用于包钢轨梁厂850型钢轧机;1996年第一套4000kW国产全数字控制交交变频调速系统问世,应用于重钢中板轧机主传动;1999年第一套国产双机传动交交变频调速系统研制成功,应用于武钢轧板厂中板轧机;2000年第一套热连轧机交交变频调速的在攀枝花钢铁公司投入运行。据统计从1996年至2005年,我国大功率交交变频轧机传动系统共263套,其中国内制造171套,占65%。我国大功率交交变频的技术水平与应用规模已超过美国GE、法国Alstom、意大利Ansaldo,达到世界先进水平;彻底扭转了大型工业轧钢传动装备长期依赖于进口的局面。
    3.2 交直交变频器
    3.2.1 交直交变频器的特点
  进入80年代以来,打破晶闸管元件一统天下的自关断电力半导体器件,大功率晶体管GTR,可关断晶闸管GTO以及场控器件绝缘栅双极晶体管IGBT相继问世,开始了一个以自关断电力半导体器件为核心的新时代,与传统的半可控晶闸管器件相比,采用自关断电力半导体器件的电气传动装置具有节约原材料,变换器装置结构简单,体积小,重量轻,功率因数高,谐波污染小等显著优点。
    3.2.2 交直交变频器在轧钢传动中应用
  在大功率高电压变频调速领域,GTO元件曾占主要地位。20世纪90年代,日本三菱公司率先研制成功6000V/6000A大功率GTO元件,并将世界最大功率7000kW,3kV,GTO同步电机变频调速成功地应用于我国宝钢1580mm热连轧机、鞍钢1780mm热连轧机及上海不锈钢热连轧机。图4为GTO交直交多电平PWM变频调速系统,该系统为电压型变频器,电源测变流器亦采用GTO脉宽调制技术,控制输入电流的相角可以达到功率因数始终为1,并减少输入电流的谐波。该变频器采用三电平GTO元件串联控制技术,使变频器输入和输出电压可达到3300V。与采用晶闸管元件的交交变频调速系统相比,GTO变频器具有输出频率不受限,电网谐波污染小,功率因数高等显著优点,但也存在着GTO元件开关损耗较大,效率低,需要水冷却,维护困难等问题。
  由于GTO元件的上述缺点,世界各国开始竞相研究新的高电压大功率电力半导体器件。由瑞士ABB公司研制成功的门极可关断晶闸管IGCT,是在GTO元件基础上进行创新的一种新型大功率电力半导体器件。它在器件的结构设计中减少了控制门极回路电感,将驱动电路集成到器件旁,使IGCT的开关损耗较GTO减少一个数量级,提高了开关速度,取消了缓冲吸收电路,大大简化了变频器结构并提高了系统效率。ABB,GE,以及西门子公司已研制成功采用IGCT元件的大功率三电平PWM变频器用于轧机主传动。我国本溪钢铁公司1700轧机改造采用了GE公司的IGCT三电平变频器,电机功率7MW/6kV。IGCT已成为GTO的换代器件。
  日本东芝公司研制成功高电压大功率的IEGT元件,即电子促进绝缘栅双极晶体管,4000A/4500V。IEGT是IGBT的一种形式,具有IGBT元件电压驱动, 开关速度快,可自保护等优点,东芝公司已将采用IEGT元件的7MW/3kV大功率三电平变频器应用于我国链源钢铁公司薄板坯连铸连轧主传动中。
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