IGCT变频器在矿井提升机调速系统上的应用
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2 提升机变频调速系统 新型矿井提升机变频调速多采用ABB公司的ACS6000SD交一直一交变频器，带4 000 kW 同步电动机的驱动方案。ACS6000SD驱动控制系统包含有两个拓扑结构完全相同的三电平IGCT变流器，一个作为PWM 整流器（ARU），另一个作为PWM 逆变器（INU），其结构如图3所示。 
鉴于矿井提升机的运行工艺，提升机属往复运动的生产机械，频繁加、减速，另外矿井提升机电动机容量达4 000 kw，因此系统要求开关器件路元件数、热耗散，从而明显降低了门极驱动电路的工作电压高、工作电流大及通态损耗低。ACS6000SD系统的IGCT单管交流阻断电压达6 000 V，瞬时电流达4 kA，开关关断时问1 s。ACS6000SD是基于直接转矩控制技术新型交一直一交电压型中压变频器，功率范围从3～27 Mw。整流单元 ARU 和逆变单元INU 的硬件拓扑结构是完全相同的，不同之处是ARU单元比INU单元多了2块ASE抗磁饱和电路。 ACS6000SD系统通过交一直一交变频器对矿井提升同步电动机进行控制，IGCT在电路中作为变频器的主开关器件。变频器主电路由进线侧三电平整流器、中问直流电路、电机侧三电平逆变器构成。该电路具有以下特点：1）可以实现输入功率因数为I；2）在额定负载下的效率大于97 ；3）可控制同步电动机功率因数为1；4）逆变器采用直接转矩控制技术，静态速度误差0．01％ ，动态速度误差0．2％ ～0．5 ％； 整流单元ARU将变压器的二次侧交流电压整流为直流电压，整流输出电压为直流4 800 V。在直流母线处有储能电容单元CBU，CBU 中的大电容用来存储能量，用于保证直流回路的电压恒定。根据电动机的运行模式（电动或制动），ARU分别从电网获取能量或向电网注入能量来实现能量的双向流动。 功率因数控制：ARU整流器采用矢量控制策略，通过选择适当ARU脉冲触发模式，使变压器电流与线电压具有相同的相位，从而使系统的功率因数 COS 为1。变压器是感性负载，要使功率因数为1，就要对其进行补偿，使其总体呈阻性负载，因此ACS6000SD系统在直流侧增加了CBU电容柜，以容性负载的超前特性来抵消感性负载的滞后，这就要求能量能经过ARU进行流动，而ACS6000SD系统也具备了让ARU 反向逆变的功能，使ARU实现反向逆变功能是由ARU的控制板AMC3来控制的。 三电平逆变单元将ARU整流输出的直流电压转变为频率可调的交流电压以驱动电机。逆变单元允许4象限运行。INU单元的电路拓扑结构与ARU整流单元相同，INU 逆变器采用的控制策略为基于三电平的直接转矩控制。INU 和ARU一样，其直流侧连接到直流回路的电容上，因此对整个系统是对称的。由于 IGCT关断时正向电流必须迅速归零，di／dt过大，因此利用钳位电路来吸收IGCT关断时的能量。 CBU单元的作用是过滤和平滑直流母线上的直流电压，储存逆变器反馈回来的直流电能。CBU单元的主要组成部分如下： 1）充电回路由一个辅助升压变压器（输入660V，输出为3 900v／o．9 A）和一个二极管整流电路组成。作用是在ARU开始工作之前对直流回路进行充电，使直流回路中的直流电压稳定在DC4 200V左右，整个充电过程需要时间大约为40 S。如不对直流回路进行预充电，ARU 开始工作时会产生一个很大的浪涌电流，对CBU 内的电容产生冲击破坏，同时对ARU单元内的IGCT器件构成威胁。 2）电容组是CBU 的主要部分，它直接连接在直流侧的正极（DC+）与中性点（NP）、中性点与负极（DC一）之间。ACS6000SD系统的直流侧电容的数量取决于系统容量的要求，例如配置6个电容可以达到9 MV·A 的系统容量，每个电容的容量为1．6mF（2 700V／260A）。 3 结语 IGCT变频器是基于双PWM 的三电平变频器调速装置。整流桥侧采用矢量控制技术，可以大大减小整流侧的电流谐波，任意调整电网侧的输入功率因数以及实现4象限运行；逆变器侧采用DTC控制，其输出的转矩响应更快；使用三电平技术，使输出线电压波形更加接近正弦波，变频器中的IGCT承受的电压仅为直流电压的一半，这样将变频器的电压和容量提高一倍。故IGCT变频器非常适用于高电压、大容量的矿井提升机调速系统，其提升效率明显高于同类型设备，能耗大幅度下降。 上一页 [1] [2]
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