安川高壓變頻器及其在應(yīng)用中的計(jì)算

1 概述

　　高壓變頻器為了滿足對(duì)網(wǎng)側(cè)諧波的要求，整流部分采用多脈波整流器結(jié)構(gòu)；為了實(shí)現(xiàn)高壓大容量和減小對(duì)電機(jī)側(cè)的影響，逆變部分采用串聯(lián)（或多電平）的逆變器結(jié)構(gòu)。目前高壓變頻器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不盡相同，各有優(yōu)缺點(diǎn)。本文對(duì)安川H橋單元級(jí)聯(lián)高壓變頻器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，并介紹了其在攀鋼煉鐵廠燒結(jié)風(fēng)機(jī)中應(yīng)用時(shí)的相關(guān)計(jì)算方法，為高壓變頻器的選型、計(jì)算提供參考。

2 FSDrive-MV1S高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　2.1 多脈波整流

　　多脈波整流器以脈波寬度為60毅的6 脈波三相全波整流（或等效三相全波整流）作為基本單元，使用共m組整流電路的交流側(cè)電壓依次移相琢越60毅/m，則可組成脈波數(shù)為p=6 m的多脈波整流器[1]。FSDrive-MV1S高壓變頻器采用的是分離型

　　多脈波整流器的結(jié)構(gòu)[2]，即每一個(gè)6 脈波三相全波整流單元給一個(gè)單獨(dú)的直流負(fù)載供電。串聯(lián)型多脈波整流器，即所有6 脈波三相全波整流單元在直流輸出側(cè)串聯(lián)，多用于二極管箝位多電平高壓變頻器和飛跨電容多電平高壓變頻器的整流。

　　移相變壓器是多脈波整流不可缺少的組成部分，可以實(shí)現(xiàn)二次側(cè)繞組的移相，同時(shí)實(shí)現(xiàn)整流器

2.2 H 橋單元級(jí)聯(lián)逆變器

　　多電平變頻器的基本思想是把多個(gè)功率器件按一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接成可以提供多種電平輸出的電路，然后使用適當(dāng)?shù)目刂七壿媽讉€(gè)電平臺(tái)階合成階梯波以逼近正弦輸出電壓[3][4]，如圖4 所示，H橋單元級(jí)聯(lián)逆變器多電平輸出分析如表1、表2所列。

　　10 kV 的FSDrive-MV1S 高壓變頻器的輸入變壓器是絕緣等級(jí)為H級(jí)的干式移相變壓器，變壓器一次側(cè)繞組直接聯(lián)到電網(wǎng)的高壓輸入端，二次側(cè)有27 個(gè)二次繞組，采用延邊三角形聯(lián)結(jié)，分為9 個(gè)不同的相位組，每組的相位差6.7毅。同一相位組的每三個(gè)二次繞組，分別給電動(dòng)機(jī)的三相功率單元供電，形成了54脈波分離型多脈波二極管整流的結(jié)構(gòu)。27 個(gè)功率單元，每相由9 個(gè)功率單元串聯(lián)而成。功率輸出部分每相由9 個(gè)額定輸入電壓為630 V 的功率單元串聯(lián)而成，共可以輸出19 種電平，輸出相電壓最高可達(dá)6 350 V，線電壓可達(dá)11 kV 左右。如圖5 所示。

3 FSDrive-MV1S 高壓變頻器的應(yīng)用

　　3.1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備參數(shù)

　　離心鼓風(fēng)機(jī)參數(shù)：額定阻力矩MT=61 205 N·m，軸功率NZ=6 399 kW，主軸轉(zhuǎn)速n=1 000 r/min，飛輪矩mD2 = 71 000 kg·m2。

　　同步電動(dòng)機(jī)參數(shù)：額定功率7 000 kW，額定電流461 A，額定電壓10 kV，額定頻率50 Hz，轉(zhuǎn)速1 000 r/min，效率97.32豫，絕緣等級(jí)F，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=1 400 kg·m2，功率因數(shù)（越前）0.9。

3.2 變頻器額定容量的計(jì)算

　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)計(jì)算變頻器額定容量。

　　變頻調(diào)速啟動(dòng)時(shí)，通過(guò)風(fēng)門關(guān)閉可以有效的減小負(fù)載，不必按照100%的負(fù)載選擇變頻器的容量，以此可節(jié)約投資成本。依據(jù)圖6 所示的風(fēng)機(jī)阻力矩曲線圖得到啟動(dòng)開(kāi)度為10毅時(shí)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩為20 405 N·m，選取加速時(shí)間為200 s，則可進(jìn)行變頻器容量的計(jì)算。

3.3加減速時(shí)間的校核

很明顯，在定子側(cè)的各物理量（電壓、電流、電動(dòng)勢(shì)、磁動(dòng)勢(shì)）都是交流量，以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，控制、調(diào)節(jié)和計(jì)算都不方便。通過(guò)磁場(chǎng)定向、坐標(biāo)變換之后可以在電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的意義上與直流電機(jī)等效，可以方便靈活的控制電磁轉(zhuǎn)矩。這里可以通過(guò)產(chǎn)生恒轉(zhuǎn)矩來(lái)獲得盡量少的加速時(shí)間。按照電機(jī)額定轉(zhuǎn)速和變頻器容量90%時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩為

　　在變頻器選型以及相關(guān)軟起系統(tǒng)的其他設(shè)備選型時(shí)按照100%ED的工作制來(lái)考慮，可以滿足頻繁起動(dòng)以及其他特殊情況下的設(shè)備運(yùn)行，并且設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單，便于最終用戶管理及使用。

4 結(jié)語(yǔ)

　　應(yīng)用高壓變頻器時(shí)，根據(jù)實(shí)際參數(shù)，借助計(jì)算機(jī)軟件獲得比較精確的計(jì)算結(jié)果可較準(zhǔn)確的對(duì)變頻器選型，從而滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行要求。