交—交變頻在鋁軋機(jī)中的應(yīng)用

【摘要】本篇文章主要針對(duì)同步電機(jī)本身的結(jié)構(gòu)、同電機(jī)和交-交變頻器持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中所呈現(xiàn)出的運(yùn)行原理、控制系統(tǒng)實(shí)際組成、矢量控制措施等多個(gè)方面進(jìn)行全面詳細(xì)的探討，以期為交-交變頻器在鋁軋機(jī)之中的應(yīng)用發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】軋機(jī)；同步電機(jī)；循環(huán)變流器

1、前言

某鋁業(yè)集團(tuán)公司，在90年代生產(chǎn)發(fā)展的過(guò)程中，便引進(jìn)了過(guò)外先進(jìn)的CVC2#冷軋機(jī)主傳動(dòng)電機(jī)，并且對(duì)該電機(jī)進(jìn)行了交-交變頻技術(shù)的應(yīng)用，促使電機(jī)本身的速度能夠達(dá)到582r/min。這一同步電動(dòng)機(jī)本身主要是4極的凸極形式組成，運(yùn)行額定功率為4000kW，主要是通過(guò)水冷的方式來(lái)進(jìn)行冷卻處理。總體結(jié)構(gòu)通過(guò)主要由外殼、定子、轉(zhuǎn)子、分離軸承、水冷裝置、脈沖發(fā)生器、轉(zhuǎn)子位置角度編碼器、靜態(tài)加熱器等組成。整個(gè)系統(tǒng)由主變壓器、同步變壓器、定子主回路、勵(lì)磁主回路、實(shí)現(xiàn)矢量控制和觸發(fā)控制功能的PSR裝置及電機(jī)組成。

2、同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)構(gòu)成及特點(diǎn)

交-交變頻器也叫周波變換器，是把電網(wǎng)固定頻率的交流電，經(jīng)過(guò)功率半導(dǎo)體電路直接轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電的過(guò)程。它不同于普通的變頻器，沒(méi)有交流整流到直流再逆變成交流的環(huán)節(jié)，是交-交變換的結(jié)構(gòu)，這種技術(shù)一般用在大型功率裝置上。

每一個(gè)定子繞組本身都是利用反并聯(lián)的形式，來(lái)達(dá)到整流橋供電的目的，三相在運(yùn)行期間是對(duì)36個(gè)可控硅、6個(gè)整流橋來(lái)進(jìn)行使用。在這其中，由于勵(lì)磁所產(chǎn)生的電流是直流形式，并且方向沒(méi)有發(fā)生任何變化，那么僅僅只需要使用一個(gè)整流橋便能夠達(dá)到運(yùn)行目的。在你電機(jī)的繞組星形點(diǎn)以及變壓器星形點(diǎn)之間，實(shí)際上還配有相應(yīng)的電壓保護(hù)裝置，這類裝置都是通過(guò)電路控制以及2個(gè)相應(yīng)的反并聯(lián)可控硅來(lái)組合而成。在電壓超出1500V的情況下，可控硅本身在導(dǎo)通起點(diǎn)之中，便起到了過(guò)壓保護(hù)的作用，勵(lì)磁中主回路也同樣是以這一形態(tài)運(yùn)行的。主要特色有以下幾個(gè)方面：

（1）主回路用整流變壓器可采用6臺(tái)雙繞組整流變壓器，也可采用兩臺(tái)三相三裂解結(jié)構(gòu)的變壓器。

（2）電機(jī)和變流器采用雙Y型連接結(jié)構(gòu)形成12脈動(dòng)的波形，大大減少諧波。通過(guò)切換柜切換，每一套變壓器和變流器均可全載半速單獨(dú)運(yùn)行，適用性、靈活性大大增加。

（3）同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁采用不可逆晶閘管三相全控橋控制，保護(hù)回路除配置一套高容量壓敏電阻吸收回路外，還配置一套二極管BOD檢測(cè)及晶閘管開關(guān)控制的專用快速保護(hù)回路。

3、同步電機(jī)與循環(huán)變流器的運(yùn)行原理

供電電路之中所存在的交-交變頻器運(yùn)行過(guò)程中所利用的原理較為復(fù)雜，主要是在進(jìn)行直流驅(qū)動(dòng)的過(guò)程中，其系統(tǒng)通過(guò)使用3組反并聯(lián)整流橋的方式，來(lái)直接連接到3臺(tái)完全獨(dú)立的三相交流變壓設(shè)備的線圈之上，而每一組整流器都能夠?qū)ν诫妱?dòng)機(jī)中所存在的一相進(jìn)行控制。

同步電機(jī)的速度n=60f/P（極對(duì)數(shù)）。如果能連續(xù)改變頻率f，即能實(shí)現(xiàn)速度的平滑調(diào)節(jié)。適當(dāng)控制定子每相正反組整流橋觸發(fā)角，使循環(huán)變流器三相輸出電壓接近正弦、相差120°、頻率0～20Hz可調(diào)的交流電壓，就可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。電機(jī)定子電流的變化越接近正弦，電機(jī)輸出就越平滑，脈動(dòng)成分就越小。

在電動(dòng)機(jī)本身轉(zhuǎn)動(dòng)速度不斷加快的情況下，定子繞組之上便會(huì)產(chǎn)生大量的感應(yīng)電壓。并且轉(zhuǎn)動(dòng)速度越快，其中所存在的感應(yīng)電壓就會(huì)持續(xù)不斷的提升，這其中所呈現(xiàn)出來(lái)的循環(huán)變流器輸出電壓也呈現(xiàn)出較高的狀態(tài)；在本身轉(zhuǎn)速較高的情況下，電子循環(huán)變流器以及定子電壓本身所輸出的電壓，都會(huì)受到大幅度的限制影響。

在速度完全超過(guò)了額定轉(zhuǎn)速的情況下，勵(lì)磁電流便會(huì)大幅度減少，并且進(jìn)入到相應(yīng)的弱磁區(qū)域中，勵(lì)磁電流為If∝1/f的情況下，這期間的定子電壓還能夠保持一定程度的額定數(shù)值；但是當(dāng)速度大幅度下滑，并且低于額定轉(zhuǎn)速的情況下，勵(lì)磁電流也就依然保持恒定，處于一個(gè)滿磁的狀態(tài)下，在這期間，輸出功率本身主要是隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化，電機(jī)能夠之間誒達(dá)到輸出最大扭矩的狀態(tài)。并且在速度持續(xù)升高的情況下，會(huì)隨著弱磁的作用影響，而導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩大幅度下降，具體見(jiàn)圖1。

4、矢量控制

將三相定子電流定義為定子坐標(biāo)αβ中的一個(gè)空間矢量i※S，長(zhǎng)度與定子電流大小成正比，方向?yàn)槿嚯娏髯罱K作用方向。隨著電機(jī)旋轉(zhuǎn)，電流矢量i※S也作相應(yīng)旋轉(zhuǎn)（見(jiàn)圖3a）。3.13相/2相坐標(biāo)變換根據(jù)三相電流iR、iS、iT可以算出：

4.1相/3相坐標(biāo)反變換

iR=iα

4.2αβ/dq坐標(biāo)變換和反變換

id、iq為定子電流矢量iS在同步電機(jī)dq軸上的分量，通過(guò)一系列的矢量變換和計(jì)算，可以得到控制系統(tǒng)所需的控制量，達(dá)到控制電機(jī)的目的。同樣，也可以將定子電壓和勵(lì)磁電流按矢量處理。

5、直流驅(qū)動(dòng)裝置與同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置方案比較

從表1可以看出，交流驅(qū)動(dòng)可以普遍地代替直流驅(qū)動(dòng)。

6、結(jié)論

綜上所述，在鋁軋機(jī)之中對(duì)交-交變頻器系統(tǒng)加以應(yīng)用，能夠極大的提升運(yùn)行效率，不但能夠最大限度的滿足鋁材生產(chǎn)的高精度需求，還能促使系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性提升，減少出現(xiàn)故障的可能性，切實(shí)有效的減緩了維修人員的維修壓力，促使軋機(jī)生產(chǎn)為企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展帶來(lái)了更高的經(jīng)濟(jì)效益。

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