VA4系列定制型制動電阻柜配套3.3KV高壓變頻器的應(yīng)用案例

隨著變頻技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻器在生產(chǎn)和生活中得到越來越廣泛的應(yīng)用，與此同時高壓變頻技術(shù)的應(yīng)用也得到了飛速發(fā)展，尤其在價(jià)格門檻逐漸降低的趨勢下，也為高壓變頻器的大規(guī)模推廣應(yīng)用創(chuàng)造了良好條件。

高壓變頻器通常指用于驅(qū)動1kV以上交流電動機(jī)的中、大容量變頻器。國內(nèi)常見有3KV、6KV、10KV三個標(biāo)準(zhǔn)電壓，國外常見有3.3 kV、6.6 kV、11kV、4.16 kV(北美洲)四個標(biāo)準(zhǔn)電壓，時代嘉盈為了適應(yīng)市場不斷增長的需求，結(jié)合礦山機(jī)械行業(yè)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)開發(fā)出VA4系列某定制型制動電阻柜配套用于礦井螺旋鉆進(jìn)式采煤機(jī)中1600KW/3.3KV高壓變頻器，取得了較好的效果。

在煤炭和礦山行業(yè)中，由于資源的持續(xù)開采，國內(nèi)外許多礦井已經(jīng)進(jìn)入枯竭期。因此，如何延長這些礦井的壽命，提高煤炭和各類礦產(chǎn)資源的利用率，有著深遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和社會意義。

礦山機(jī)械在生產(chǎn)過程中經(jīng)常面臨開采設(shè)備持續(xù)運(yùn)行，保證長期工作不停車需求，因此在變頻器性能上也要求滿足起動轉(zhuǎn)矩大，保證頻繁急加速、急減速等特殊工況，時代嘉盈合作單位——河南某礦山機(jī)械設(shè)備制造商在推出用于礦井螺旋鉆進(jìn)式采煤機(jī)中1600KW/3.3KV高壓變頻器的同時，要求我公司結(jié)合該型號變頻器參數(shù)和性能特點(diǎn)，提供一套與之配套的制動電阻柜，并預(yù)留遠(yuǎn)程通信接口，方便用戶進(jìn)行信號控制與數(shù)據(jù)采集。

公司研發(fā)人員在接到合作任務(wù)之后，分析該高壓變頻器參數(shù)特點(diǎn)：該變頻器采用18脈波移相整流的移相變壓器，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)無諧波干擾。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上采用多電平功率單元串聯(lián)技術(shù)，輸出13電平，正弦度高，du/dt小，電纜和電機(jī)絕緣性好，變頻器移相變壓器和功率單元均采用水冷散熱方式。

圖1 鉆機(jī)變頻系統(tǒng)主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

如圖所示為鉆機(jī)變頻系統(tǒng)主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其中，移相變壓器使用18脈波移相整流技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)無諧波干擾，為高效率變壓器;同時，將11 kV高壓變換為9組690 V低壓，為9個功率單元獨(dú)立供電，各組690 V間使用整流移相技術(shù)，起到降壓、隔離及消諧波作用。

由于鉆機(jī)變頻器腔體內(nèi)的水冷系統(tǒng)為內(nèi)水循環(huán)系統(tǒng)，由主泵、管路、傳感器及以PLC為核心的電控系統(tǒng)組成。內(nèi)水循環(huán)將熱量帶到水-水換熱器，再由外水將熱量交換到腔體外部，從而達(dá)到散熱目的。控制溫升是保證變頻器正常運(yùn)行的關(guān)鍵。經(jīng)過充分的數(shù)據(jù)分析、比較和論證，我公司決定采用定制開發(fā)一套與之匹配的水冷型電阻柜方案，并對整個水冷系統(tǒng)水溫進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)采集，統(tǒng)一監(jiān)控，結(jié)合遠(yuǎn)程通信，保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。

時代嘉盈定制開發(fā)的VA4 系列800KW高壓變頻器制動電阻柜在完成設(shè)計(jì)定制后，經(jīng)過綜合測試，獲得如下數(shù)據(jù)：

1、電抗器試驗(yàn)

鉆機(jī)系統(tǒng)的特殊工況要求變頻器與電機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的3倍，且需頻繁起動。因此，首先對變頻器進(jìn)行3倍過流試驗(yàn)。變頻器輸出接三相電抗器作為負(fù)載，通過變頻器V/f分離控制，變頻器輸出頻率固定為50 Hz，逐漸增加變頻器輸出電壓，直至輸出電流達(dá)到900 A。變頻器輸出電壓、電流波形如圖2、圖3所示。

圖2 變頻器輸出線電壓Uab(試驗(yàn)PT低壓側(cè))波形

圖3 變頻器輸出3倍額定電流Ia、Ib、Ic波形

2、電機(jī)試驗(yàn)

加載試驗(yàn)平臺采用2×2 000 kW同軸異步機(jī)組，加載設(shè)備為高壓四象限變頻器，可將能量回饋至電網(wǎng)。四象限變頻器參數(shù)如表1所示。異步電機(jī)參數(shù)如表2所示。

表1 四象限變頻器參數(shù)

表2 異步電機(jī)參數(shù)

將變頻器的運(yùn)行方式改為矢量控制模式。因?yàn)樵囼?yàn)條件受變頻器輸出電壓和電機(jī)額定電流限制，所以最終變頻器輸出電壓為3.3 kV，輸出電流為240 A。如圖4所示,變頻器拖動電機(jī)運(yùn)行的電流波形平穩(wěn)、波動小。

圖4 變頻器矢量控制拖動電機(jī)運(yùn)行電流波形

仿真和試驗(yàn)表明，該變頻器制動電阻柜完全符合變頻器輸入輸出諧波含量低、控制系統(tǒng)靈活、損耗低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，制動和回饋系統(tǒng)還有幾個方面的創(chuàng)新：

(1)根據(jù)輸出電壓和電流數(shù)據(jù)調(diào)整加載;

(2)法蘭拼接式IP56防護(hù)等級;

(3)大幅度縮減制動和啟動時間間隔。

公司研發(fā)的螺旋鉆機(jī)用變頻器制動電阻柜為配套該公司首臺IP56結(jié)構(gòu)變頻器，既能作為今后定制類特種負(fù)載柜市場的技術(shù)儲備，又為更多特種產(chǎn)品開發(fā)及應(yīng)用積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)前中國正處于高端制造業(yè)核心競爭力提升、從工業(yè)大國向工業(yè)強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的重要時期，該類產(chǎn)品的研發(fā)配套也確實(shí)有著重要的經(jīng)濟(jì)和社會意義。

北京時代嘉盈科技公司產(chǎn)品主要服務(wù)于軍工、航天、鐵路、船舶、新能源汽車、電源、光伏、風(fēng)電、核電、電子等諸多行業(yè)。是一家自主研發(fā)與生產(chǎn)各類大功率負(fù)載和新型功率型器件的廠家，公司擁有PMI項(xiàng)目認(rèn)證團(tuán)隊(duì)和個性化定制開發(fā)服務(wù)經(jīng)驗(yàn)，使產(chǎn)品和服務(wù)已成功應(yīng)用于中船重工、武漢航空儀表、沈陽中科院、福田汽車、陽光電源、景德鎮(zhèn)直升機(jī)等重大項(xiàng)目。