粗軋機(jī)上下兩輥主傳動大電機(jī)變頻驅(qū)動電氣傳動系統(tǒng)

0系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)采用兩臺6000噸交流電壓驅(qū)動器（ac3160v）驅(qū)動電機(jī)兩側(cè)主缸，采用一臺6000萬元的交流電驅(qū)動電機(jī)。ACS6000交-直-交變頻傳動系統(tǒng)作為電氣傳動系統(tǒng),采用了三電平技術(shù)、電力電子元件IGCT以及直接轉(zhuǎn)矩(DTC)技術(shù)。整流裝置由三套11MVA單元并聯(lián)為直流公共母排供電;逆變裝置由二套9MVA單元組成,分別驅(qū)動粗軋機(jī)上下輥主傳動2臺電機(jī);IGCT相模塊為其電力電子元件,采用系統(tǒng)集中水冷方式。二套可控硅整流橋結(jié)構(gòu)、獨(dú)立的整流隔離變壓器組成二套勵磁單元,分別為兩臺大電機(jī)供電。1acs6000系列1百分表系變配電路粗軋機(jī)的主傳動系統(tǒng)采用ABB公司生產(chǎn)的ACS6000系列變頻器,具有三電平技術(shù)、主動前端技術(shù)(ActiveFrontEnd)、電壓源型脈寬調(diào)制以及交-直-交變頻傳動模式。其主傳動裝置構(gòu)成見圖1。1.1.1動系統(tǒng)以及水冷卻系統(tǒng)功能控制單元COU作為整套變頻傳動系統(tǒng)的核心控制單元,具有監(jiān)控整個變頻傳動系統(tǒng)以及水冷卻系統(tǒng)的功能。其主要功能包括:控制整流器和逆變器、控制和監(jiān)控電機(jī)運(yùn)行參數(shù)、控制電機(jī)的勵磁電流、控制和監(jiān)控變壓器和主回路斷路器、控制和監(jiān)控集中水冷系統(tǒng)、通過CDP312控制面板和按鈕進(jìn)行就地操作。1.1.2交流電壓波動下特性整流單元ARU由三組標(biāo)準(zhǔn)化IGCT相模塊組成,構(gòu)建起了一個三電平結(jié)構(gòu),自換向電壓源型整流器。整流單元作用是將變壓器二次側(cè)的交流電壓整流為直流電壓,給傳動系統(tǒng)母排供電,并給直流母排回路中的大容量電容組充電。在電網(wǎng)電壓存在波動的情況下,直流母排回路的電壓均能保持恒定不變。整流單元主回路裝置主要包括:進(jìn)線濾波器、三組IGCT相模塊、限流電感等電氣元件。輸入側(cè)是三相交流電;輸出側(cè)采用三電平結(jié)構(gòu)直流母排。1.1.3電容單元及接地開關(guān)電容儲能單元中的電容器組安裝在陽極與中性點(diǎn)之間,以及陰極與中性點(diǎn)之間,通過存儲部分能量來削峰平谷,達(dá)到平滑母排中間直流電壓的作用,使直流電壓在負(fù)載變化較大的情況下依舊保持平穩(wěn)。同時電容單元還包括接地開關(guān)。接地開關(guān)提供變頻器接地功能,在檢修的情況下接地開關(guān)必須處于閉合狀態(tài)。1.1.4母排直流電壓逆變單元逆變單元INU由三組標(biāo)準(zhǔn)化IGCT相模塊組成,構(gòu)建起了一個三電平結(jié)構(gòu),自換向、6脈沖、電壓源型逆變器。逆變單元將直流母排直流電壓逆變?yōu)榻涣麟妷?用來驅(qū)動電機(jī)。整流單元ARU和逆變單元INU上的IGCT相模塊結(jié)構(gòu)是一樣的(見圖2),只是能量流向相反,輸入側(cè)是直流母排;輸出側(cè)是三相交流電。整流單元和逆變單元的主要區(qū)別:整流單元柜里配置有抗飽和裝置,用以避免直流分量使變壓器鐵芯過飽和;ARU軟件包括直流電壓和cos函數(shù)的計算;INU軟件包括電機(jī)轉(zhuǎn)矩(速度)和磁通計算。1.1.5整流橋結(jié)構(gòu)分析勵磁單元EXU是由帶有脈沖放大器的三相橋式晶閘管整流橋組成,主要結(jié)構(gòu)包括兩個部分:一部分是由晶閘管組成的整流橋;另一部分是由大電阻組成的過壓保護(hù)裝置(OVP),用來保護(hù)瞬時大電流對整流橋的沖擊。1.1.6冷卻水循環(huán)處理水冷單元WCU作用是向IGBT相模塊提供內(nèi)循環(huán)冷卻水,將相模塊產(chǎn)生的熱量與外循環(huán)系統(tǒng)冷卻水進(jìn)行熱交換,并配置有過濾器對內(nèi)循環(huán)冷卻水進(jìn)行不斷凈化。水冷卻控制系統(tǒng)是整個變頻控制系統(tǒng)的一部分,位于控制單元內(nèi)。1.1.7igct控制電壓限幅單元VLU有兩個IGCT模塊和一組大功率吸收電阻,由IGCT通斷來控制投入和切除,用以吸收部分電壓能量,保護(hù)系統(tǒng)中整流單元和逆變單元中的各類電力電子器件,避免轉(zhuǎn)矩突變時產(chǎn)生的瞬時尖峰電壓對元器件造成損傷。1.2主電機(jī)水冷卻器ACS6000傳動系統(tǒng)配有電機(jī)監(jiān)控ACC柜。柜內(nèi)有AC80-PLC系統(tǒng),自帶S800I/O模塊用于主電機(jī)水冷卻器的溫度、流量、風(fēng)壓、主電機(jī)軸承溫度等相關(guān)監(jiān)控。此外主斷路器的控制邏輯控制也包含在內(nèi),6kV高壓開關(guān)柜的分合閘控制也是由ACS6000系統(tǒng)控制的。整流和逆變柜的主板AMC3自帶S800I/O站用于主傳動變頻器內(nèi)部的電氣聯(lián)鎖、各種參數(shù)設(shè)定、通訊設(shè)置等控制。(控制軟件結(jié)構(gòu)見圖3,圖4)2acs00的技術(shù)特點(diǎn)2.1中壓頻系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)ACS6000系統(tǒng)具有的高可靠性,體現(xiàn)在以下幾個方面:其一是采用IGCT技術(shù),基于成熟的GTO技術(shù),融和了GTO和IGBT的優(yōu)點(diǎn),已被成功應(yīng)用于中壓變頻領(lǐng)域;其二是其精簡的結(jié)構(gòu)設(shè)計,功率元件數(shù)目少,提高了系統(tǒng)的可靠性;其三無熔斷器設(shè)計,避免使用不可靠的熔斷器,提高了系統(tǒng)整體可靠性;其四模塊化設(shè)計,運(yùn)用高兼容性設(shè)計概念,標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計及整體的水冷系統(tǒng)減少了電氣柜空間的容量,降低了電氣室的空調(diào)要求。2.2交流交流交流變槳恒頻控制ACS6000系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)采用直接轉(zhuǎn)矩控制(DirectTorqueControl)是一種具有高動態(tài)性能的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)中的整流器和逆變器的功率元件均采用IGCT相模塊,采用電壓型三電平控制方式,其正弦波電壓的諧波分量小,其輸出頻率范圍較大,輸出電壓平穩(wěn),可在四象限下平穩(wěn)運(yùn)行,具有向交流電網(wǎng)回饋電能的能力,功率因數(shù)cosφ≈1.0的性能。采用公共直流母排、無熔斷器輸入結(jié)構(gòu),效率高,響應(yīng)時間快,高次諧波含量低,對電網(wǎng)污染小。2.2.1igct的特性集成化門極換流晶閘管(IGCT)是以GTO為基礎(chǔ)進(jìn)行改進(jìn)的器件,既有GTO的可關(guān)斷特性,又有SCR的大功率特性。IGCT可由門極控制瞬時使導(dǎo)通的晶閘管轉(zhuǎn)為晶體管,因此無需關(guān)斷吸收電路,可使逆變器設(shè)計的結(jié)構(gòu)簡單,可靠性高。同時與帶吸收電路的逆變器相比其功率損耗減小。關(guān)斷響應(yīng)時間加快,尤其重要的是由于關(guān)斷存儲時間的減小,使該器件非常適用于串聯(lián)使用而不需要對器件的參數(shù)進(jìn)行特殊篩選。2.2.2aru的特點(diǎn)ARU高功率因數(shù)整流器特點(diǎn):(1)有源整流單元允許四象限運(yùn)行,這使得在整個功率范圍內(nèi)正反兩個轉(zhuǎn)向上都可實(shí)現(xiàn)再生制動。(2)ARU在整個運(yùn)行范圍內(nèi)將功率因數(shù)控制為1,即使在低速范圍也是如此。(3)ARU能隨時補(bǔ)償連接到同一電網(wǎng)的其他負(fù)載產(chǎn)生的無功功率。(4)ARU通過使用預(yù)定義優(yōu)化的脈沖模式,降低和消除主電網(wǎng)上的諧波。通過IGCT來實(shí)現(xiàn)這個功能。通過基于IGCT的控制,系統(tǒng)可以很好的將功率因數(shù)控制為1,將能量從網(wǎng)側(cè)幾乎全部傳遞到電機(jī),同時將在反向制動時將能量反饋回電網(wǎng)。2.2.3橋臂直通短路基于考慮大容量高速快熔的不可靠性可能會引起設(shè)備故障、成本高、難于精確制造、精度差、更換時間較長等缺點(diǎn),ACS6000系統(tǒng)采用了無快熔全觸發(fā)保護(hù)方式。當(dāng)某一橋臂的脈沖紊亂或IGCT不能關(guān)斷導(dǎo)致橋臂直通短路時,故障電流在快速短路保護(hù)裝置(FSCD)中感應(yīng)出異常電源,給INT接口板發(fā)出異常光信號。故障單元INT板判斷接受到的信號異常時,通過INT板間的光纖鏈路,快速讓所有INT發(fā)出全觸發(fā)脈沖,使所有橋臂的IGCT脈沖導(dǎo)通,分流故障橋臂的過電流。系統(tǒng)為保證全觸發(fā)保護(hù)的快速性,所有整流和逆變裝置的INT接口板之間都有專門的光纖鏈路。全觸發(fā)保護(hù)同時,主逆變器INT板發(fā)出直流高壓開關(guān)分閘指令,每臺逆變器INT發(fā)給各自勵磁裝置電源跳閘指令,避免電源側(cè)和馬達(dá)側(cè)能量繼續(xù)流入裝置。3電平交-直-交交流組成電路系統(tǒng)最