PR6423/008-110+CON041艾默生軸振傳感器大型同步電機應用場合非常廣泛,除了作為常規(guī)發(fā)電機組外,在電力系統(tǒng)中還用作抽水蓄能機組和同步調相機組,而抽水蓄能機組和同步調相機組在維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定方面具有重要作用。目前,以晶閘管為換流器件的高壓大容量靜止變頻器是實現(xiàn)大型同步電機變頻啟動的最佳選擇,由于晶閘管的額定電流大,其在大容量靜止變頻器中具有IGBT不能替代的作用。但晶閘管不能通過門極實現(xiàn)器件自關斷,需要合適的換相方法使其關斷。

PR6423/008-110+CON041艾默生軸振傳感器靜止變頻系統(tǒng)啟動原理

如圖1所示,靜止變頻系統(tǒng)主要由主電路和控制系統(tǒng)兩部分組成。主電路包括輸入變壓器、輸出變壓器、斷路器、隔離開關、晶閘管整流電路、電流型逆變電路、輸出電容器組和同步電機:控制系統(tǒng)由高性能控制器、數(shù)據(jù)采集單元和晶閘管觸發(fā)單元組成,負責完成包括數(shù)據(jù)采集、晶閘管變流電路觸發(fā)和勵磁系統(tǒng)控制等在內的任務。

測量輸入電壓/電流和輸出電壓/電流需要經過電壓互感器和電流互感器,將高壓大電流信號轉換為低壓小電流信號,測量單元將低壓小電流信號轉換為數(shù)字信號,然后傳遞給控制器中的控制程序計算使用?？刂破鞲鶕?jù)輸入信號,通過計算確定延遲觸發(fā)角、超前觸發(fā)角、不同控制方式的切換以及與勵磁系統(tǒng)的通信,完成同步電機啟動、并網(wǎng)以及斷開與同步電機的聯(lián)系等任務。脈沖觸發(fā)單元包括觸發(fā)信號的生成、轉換和傳遞,控制器產生的觸發(fā)信號由閥控制器轉換為光信號經光纜傳送到晶閘管控制單元,該單元從一次回路取能形成脈沖電流完成晶閘管觸發(fā)導通。

由于直流回路平波電抗器Ls的存在,直流電流ID的幅值在一個周期內近似恒定不變,逆變電路按照1204的導電工作方式,在觸發(fā)上橋臂晶閘管導通時,下橋臂處于關斷狀態(tài),三相橋臂觸發(fā)信號相位差1204。忽略逆變電路的換相過程,則逆變電路輸出的三相電流波形如圖2所示。

如圖1所示,當觸發(fā)晶閘管T1'、T2'時,直流電流ID流經晶閘管T1'、A相定子繞組、C相定子繞組和晶閘管T2',注入定子繞組的電流IAC的基波分量產生磁動勢F'AC。當轉子轉過一定的角度后,逆變電路導通T2'、T3',此時注入定子繞組的電流IBC的基波分量產生磁動勢F'BC。根據(jù)交流發(fā)電機電樞反應理論,勵磁磁動勢Ff與電樞磁動勢Fa相互作用產生電磁轉矩Te:

式中:K為電磁轉矩常數(shù)[wb·(At)-1]:Ff、Fa分別為勵磁磁動勢、電樞磁動勢(At):9為兩個磁動勢的夾角(4)。

由式(1)可知,當電樞磁動勢超前勵磁磁動勢904時,正向電磁轉矩最大,根據(jù)勵磁磁動勢的位置,將轉子位置平面分為6個扇區(qū),當勵磁磁動勢進入第1扇區(qū),應導通T1'、T6',當勵磁磁動勢進入第2扇區(qū),應導通T1'、T2',以此類推。采用這種導通策略,靜止變頻器輸出的平均電磁轉矩最大。

靜止變頻器輸出的電磁轉矩與直流電流、逆變電路觸發(fā)角和電機的磁通成正比,具體關系如下:

式中:Tem為拖動電磁轉矩(N·m):C為系數(shù),與機組特性相關:ID為靜止變頻器直流回路電流值(A):coso為靜止變頻器功率因數(shù):小為磁通(wb)。

PR6423/008-110+CON041艾默生軸振傳感器當逆變電路的觸發(fā)角保持不變時,直流電流的大小由整流電路的閉環(huán)控制調節(jié)。電機的勵磁控制磁通的大小,而在啟動過程中,根據(jù)不同階段的控制策略,電機轉子勵磁由靜止變頻器的控制器控制。在實際工作時,逆變電路的觸發(fā)角一般保持恒定。當需要控制電機轉速時,通過控制直流電流的大小實現(xiàn)控制加速轉矩的目標。

2晶閘管換流方式及控制

2.1中高速階段的負載換流法

PR6423/008-110+CON041艾默生軸振傳感器在晶閘管需要換相時,使流過晶閘管電流過零后再施加一定時間的反向電壓,原來導通的晶閘管才能可靠關斷,在此期間觸發(fā)另一支路的晶閘管,該晶閘管因承受正向電壓而被導通,從而實現(xiàn)逆變電路的可靠換流。負載換流原理圖如圖3所示,其中圖3(a)為逆變橋A、B相換流過程示意圖。在換流之前,晶閘管T1'、T2'導通,直流電流ID以A、C相繞組為回路,現(xiàn)在要使電流從AC相換流到BC相,要使待關斷的晶閘管T1'承受反向電壓,應在自然換相點k之前導通晶閘管T3',T1'電流減小為零并承受一段時間反壓后關斷。觀察圖3(b)電機A、B相機端電壓,如果在k點觸發(fā)晶閘管T3',此后電壓uAkuB,晶閘管T1'承受正向電壓將繼續(xù)導通,而T3'經過觸發(fā)后承受反向電壓無法導通,將導致?lián)Q流失敗。

PR6423/008-110+CON041艾默生軸振傳感器為了使晶閘管T1'關斷,同時晶閘管T3'導通,必須在自然換相點提前一個角度觸發(fā)晶閘管T3',如圖3(b)所示s點,由于0<ol<8,機端電壓uA<uB,該電壓以晶閘管T1'、T3'和定子A、B相繞組為回路形成環(huán)流ik,使得A相電流幅值從ID逐漸變?yōu)榱?T1'關斷而T3'導通,從而實現(xiàn)負載換流。

GE PCi-5565piorc-211000

EMERSON PR6423/015-030+CON021

EMERSON PR6423/10R-030+CON021

EMERSON MMS6410

WOODWARD 8256-016

WOODWARD 8290-191

EATON XV-102-D0-57TVR-10

PROSOFT MVI94-GSC-E

REXROTH CDB01.1C-SE-ENS-ENS-NNN-NNN-NN-S-NN-FW

GE IS420UCSCH1A

GE IS420UCSCH2A

SCHNEIDER ISH070/60017/0/1/00/0/10/10/00

ABB UAD155A0111 3BHE029110R0111

EMERSON MMS6210

EMERSON MMS6312

EMERSON MMS6410

EMERSON MMS6220

EMERSON MMS6110

EMERSON MMS6120

ABB HIEE205010R0001

ABB MAI32LAD

ABB MDI32BIS

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GE MIVII-1000E00HI00

ABB 1MRS050496

SCHNEIDER ISH100/30044/0/1/00/0/00/01/00

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ABB 086370-001

ABB 129765-008

ABB SPBRC410

KOLLMORGEN AKM51G-BKCNR-00

WOODWARD 8440-2082

SCHNEIDER MC-4/11/10/400

GE DS200FCGDH1ABA

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EATON XVS-440-10MPI-1-1U

GE IS420PPNGH1A

SCHNEIDER Max-4/11/03/032/99/1/1/00

SCHNEIDER C400/А8/1/1/1/00

SCHNEIDER SM100-40-050-P0-45-M1-B1

SCHNEIDER SM100-50-030-PO-45-M1-B1

ABB CI867K01 3BSE043660R1

KOLLMORGEN 60WKS-CE240/3PB

SCHNEIDER SH205/20900/0/0/02/00/00/02/00

EATON XV-440-10TVB-1-50

ABB 3BSE007949R1 DSAI146

KONGSBERG RSER200-4

KONGSBERG RHUB200-5

KONGSBERG RMP200-8

ABB SPER1C1

SCHNEIDER MC-4/11/22/400

SCHNEIDER SH140/30330/0/1/00/00/00/00/00

AMAT 0090-07135

SCHNEIDER SM070-60-010-PO-45-M1-B0

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AMAT 0100-71251

EATON XV-440-10TVB-1-10

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EATON XP-503-10-A10-A00-1B

A-B 80026-508-03-R

GE IC695CRU320

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REXROTH MSK070C-0300-NN-SI-UGO-NNNN

GE MVR1600-4601

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SCHNEIDER SH100/40060/0/0/00/00/00/00/00

GE 8132-AI-UN

GE IS220PPDAH1A

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EMERSON PR6424/003-030

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PROSOFT MVI56E-MCMR

GE IS220PPROH1A

ABB 3BHE032285R0102

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EATON XVS-440-10MPI-1-1U

ABB PPB022DE01 HIEE300867R0001

ABB DSSA165

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