电气传动部分

实习报告电气部分供配电部分一.概念高压供配电系统：是指从取得电源到电能分配至各用户（高压电动机或低压变压器）的系统。流程：电厂→1000KV→500KV→220KV→110KV→35KV→(4—10)KV→380V(220V)二.基本要求总则:安全;可靠;优质;经济1.应保证生产;满足用户对供电可靠性和电能质量的要求.2.接线方式力求简单可靠;操作安全;运行灵活;便于施工;便于维护;节省劳动力.3.力求技术先进;投支少;运行经济合理.4.便于企业发展和技改技措.变压器一.概念变压器:是用来变换交流电压和电流并传输交流电能的一种静止电器.二.基本原理1.电压方程式:U=E=4.44fN1Φzm2.U1/U2=E1/E2=N1/N2=K=I2/I13.总容量:S=U1I2=U2I2三。分类1.按用途分为：A。升压变压器B。降压变压器C。联络变压器2.按绕组分为：A。双绕组变压器B。三绕组变压器C。自藕变压器3.按相数分为：A。单相变压器B。三相变压器4.按绝缘介质分为：1.油浸式变压器2。树脂绝缘式变压器3。SF6气体绝缘式变压器电气传动部分电机一.概念1.电气传动(电机拖动):是指通过合理的使用电动机实现生产过程机械设备电气化;自动化的电气设备及系统的技术总称.2.电机:是一种用来进行电能与机械能相互装换的电磁装置.3.同步电机:是指转子转速与旋转磁场的方向一致的电机.二.工作原理1.电磁感应定律ε=dψ/dt2.电磁力定律F=BIL3.电机转速公式:N=60f/P三.分类1.按电流分为：A.交流电机B.直流电机2.按步调分为：A.同步电机B.异步电机3.异步电机分为:A.笼形电机B.绕线转子电机C.交流换相电机四。电机的启动方式A．减压启动B．转子串电阻启动C．转子串贫敏电阻启动D．变频软启动五．电机的制动方式A．机械制动B．能耗制动C．回馈制动六。电机交流调速方式A．变极调速（改变极对数）B。改变转差率C。串极调速D.变频调速七.变频器类型A.电压型变频器B.PWM(脉冲调制)型号C.电流型变频器八.电力电子器件A.SCR晶闸管B.GTR晶闸管C.GTO晶闸管D.IGBT交-交变频一.交-交变频的概念1.定义：交-交变频调速系统：是一种不经过中间直流环节，直接将较高固定频率的电压变换成频率较低而可变的输出电压的变频调速系统。2.电机转速公式:N=60f/P3.定义：交-交变频器的定义：又称为周期变换器（CYCLECONVERTER）。是采用晶闸管作为开关元件,借助电源电压进行换流,通过反并联的晶闸管交替工作来产生低频的交流电压和交流电流的装置.通常:其输出频率只能在电源频率的1/3—1/2及其以下.由于对电源进行直接变换,因此,输出波形在低频段最好,易于实现功率回馈.4.数量关系:一般而言,f2=(1/3—1/2)f1.5.类型:交-交变频器主要有正弦波电压型和方波电流型两种型号.6.适用范围:交-交变频调速系统特别适合于大容量低转速的传动装置.例如:轧钢机的主传动和船舶驱动系统.二.交-交变频基本工作原理1.单相输出交-交变频变频器(1).原理:交-交变频是将两个同类型的整流电路Ⅰ和Ⅱ反并连接,依靠频率为F1的交流电源U1使他们进行换相.并按一丁的时间间隔交替工作,则在负载上得到电压为U2、频率为F2的交流电.如需得到正弦波输出,Ⅰ和Ⅱ两组变流器平均输出电压按正弦波规律变化,其输出频率F2低于电源频率F1.实质上:它是是一套三相桥式五环流反并联可逆整流装置,只是其触发移相控制信号是幅值和频率可变的交流信号,相应的整流输出电压也是幅值和频率可变的交流电压,以实现变频.该装置中,晶闸管的关断是通过电源交流电压的自然换相来实现的.(图形)(2)一个周期的波形可以分为6段:Ⅰ)U00;I00,变流器工作于第二象限,反向组逆变.Ⅱ)电流过零,无环流死时.Ⅲ)U00;I00,变流器工作于第一象限,正向组整流.Ⅳ)U00;I00,变流器工作于第四象限,正向组逆变.Ⅴ)电流过零,无环流死时.Ⅵ)U00;I00,变流器工作于第一象限,反向组整流.(3)如果输出电压和电流之间的相位差φ90°则能量从电网流向负载;反之,则能量从负载流向电网.负载电机可以四象限工作.在每一个输出周期中,有两次电流过零.存在两个无环流死区时间(简称死时),死时的长短对输出波形的影响很大.若做高输出频率为20HZ,一个周期长50MS,则要求每个死时小于2MS.2.三相输出交-交变频变频器(1).原理:相输出交-交变频变频器由输出电压彼此相差120°的三套单相输出交-交变频变频器组成.主电路接线方式有两种:公共交流母线方式和输出Y联结方式.(2)Y联结方式的变频器有两个特点:Ⅰ)触发脉冲需大于30°.由于变频器输出中性点不与负载中性点相连接,所以至少要有两个桥,四个晶闸管同时有触发脉冲才能建立电流,为此要求触发脉冲为双脉冲.且宽度大于30°.Ⅱ)可利用直流偏置或交流偏置技术来提高装置的潜力和改善电网侧功率因数.Ⅲ)由于变频器中性点不与负载中性点相连接,如果变频器输出的三个相电压中含有同样的直流分量或三次谐波分量,均不会在线电压中反映出来,而输出到负载上.负载电机低速运行时,变频器输出电压很低,三套整流装置都工作于深控区.电网侧功率因数差.交流偏置技术:一个输出周期中,整流装置较长时间工作在高输出电压区,变频器电网側平均功率因数也提高15%.准梯形波的幅值比基波幅值低15%.而电动机端仅接收基波.所以负载相电压幅值提高15%(出力提高).(3).公共交流母线方式的三套单相输出交—交变频通过进线电抗器接至50HZ的公共交流母线.三组输出必须相互隔离,电动机的三个绕组需分开,引出六根线.这种方式的特点:Ⅰ)只需一台电源变压器,简单;经济.Ⅱ)三套单相变频器完全独立,互相影响小,触发脉冲为双窄脉冲.Ⅲ)许多交—交变频调速电动机的电压为1600—1700V.属中压范畴,变频器及引线都需要满足中压规范要求.采用公共交流母线方式后,变频器及引线对地电压为相电压.小于1000V.属低压范畴,执行属低压规范.D)使用准梯形波后,三次谐波电压将加至电动机绕组,单若电动机是隐极电动机,这种三次谐波也不会对电动机运行带来影响.3.交-交变频变频器输出频率上限交-交变频变频器输出电压电流除含基波外,还含有谐波.产生谐波的原因有两个.(1)交-交变频变频器的输出波形是可控整流波形,含有较大谐波.输出频率越高,每周期中波动数越少,谐波比例越大.(2)无环流死时,使电流过零不平滑.带来低次谐波.输出频率越高,每周期中死时所占比例越大,谐波比例越大.评价谐波的指标有两个:输出电流畸变绿和电动机转矩相对脉动频率.4.影响交-交变频的器的输入功率因数的原由(1)和输出电压幅值与变频器输出最大整流电压(理想空载直流电压)之比成比例.(2)负载电动机功率因数越低,λ越差.这是因为在输出同样的电压和电流幅副值情况下,功率因数越低,电流瞬时值越大时,对应的电压瞬时值越低;而电压高时对应的电流就小.5.特性:采用交-交变频器供电的矢量变换控制系统,可以得到良好的静、动特性.利用高速自关断器件组成交-交变频调速系统,可以具有更高的技术指标.6.处理环流的方式:(1)无环流工作方式无环流系统就是控制正反两组触发脉冲,使其一组工作,另一组封锁.以实现无环流运行.无环流控制方式可以类似直流系统一样,采用逻辑无环流或错位无环控制方式.(2)可控环流工作方式可控环流工作方式是在负载电流较小的时间内,让正反组整流器按有环流方式工作.并设置不太大的限制环流电抗器来限制这个小环流.当负载电流增加到某一设定值时,封锁另一组脉冲.即在每一个周期内采用有环流和无环流方式交替工作.三.交--交变频器主电路参数的计算1.整流变压器计算(2).在空载及最小触发延迟角αmin=0.条件下,交流变频器输出最大可能的交流线电压有效值(理想空载交流输出电压)为:U0.max=1.65*Kb*U20式中:U20:整流变压器二次线点压有效值.Kb:交流偏置提高输出电压系数,采用交流便置时:Kb=1.15;不采用时:Kb=1.(2).变压器容量S=4.26ImU202.晶闸管的电压和电流的计算(1).晶闸管的电压裕量KV=UTN/1.414*U20式中:UTN:晶闸管的额定电压U20:整流变压器二次线点压有效值.KV=2.1---2.5.(1).晶闸管并联支路的计算在大功率可控整流装置中,晶闸管常并联工作,且多采用桥并方式,并联支路书计算也就是并联桥数的计算.N≥1.414Im.max/KBIBN式中:Im.max:电动机最大电流的有效值.KB:均流系数.IBN:每桥额定电流.四.交--交变频器的控制1.交—交变频的特点交—交变频调速系统如图1所示，由三组反并联晶闸管可逆桥式变流器组成，它沿续着晶闸管变流器的电网自然换流原理，具有过载能力强、效率高、输出波形好等优点，但同时也存在着输出频率低(最高频率小于1/2电网频率)，电网功率因数低，旁频谐波影响等缺点。交—交变频区分为有环流和无环流方式，可驱动同步电机或异步电机。对于大功率传动系统:因其对控制要求较高,基本上都采用矢量控制技术.2交、直流调速的比较轧钢机交流传动较传统的直流传动有许多优点：（1）交流电机的单机容量不受限制，而直流电机的极限是5000kW/500r/min；（2）同等功率情况下，交流电机的转动惯量比直流电机的要小得多，如宝钢有台2×4500kW的直流电机，它的转动惯量GD2=76.8tm2，而9MW交流同步电机单电机传动，GD2=17.2tm2，为直流电机的1/4.5。因此交流电机的加速性能要大大超过直流电机；（3）交流调速的动态性能好，速度响应由直流的15～30rad/s提高到40～100rad/s；（4）交流电机的效率比直流电机提高2～3%；采用交流调速可提高生产效率，综合节能30%（耗电/吨钢）；交—交变频器在热连轧机上的应用图2是一个热连轧钢机驱动的典型图例。图2热连轧钢机驱动典型图例图1交—交变频同步电机调速系统SIMADYND传动控制系统简介控制系统在轧机主传动中是十分关键的技术环节，为了提高系统的可靠性、可维护性、实时性、改善控制性能，同时为了使整套系统的控制技术达到国际先进水平。控制系统采用西门子公司的SIMADYND全数字控制系统实现电机控制，并以通讯线加以连接，在系统中实现监视和统一管理。SIMADYND控制系统完成对电机的调速控制，包括同步电机的矢量控制、电机的启停控制和电机保护，建立通讯网将SIMADYND设备及上位机有机地连接起来，实现本地现场数据采集，故障显示、诊断及综合控制和集中管理。同步电机磁场定向控制系统的框图见附图3，定子电流由磁场定向控制系统分解为两个独立的直流分量，即电流的转矩分量IM和激磁分量IT。与直流调速相同,转矩分量设定值由速度调节器决定,激磁分量设定值由电机功率因数COSφ及电流模型计算出来。与同步电机同轴相联的光电编码器检测电机的转子位置信号Cosλ和Sinλ，由转子模型单元计算出负载角Cosδ和Sinδ，以及励磁电流给定值Ifd。转子位置角λ与负载角δ相加可得磁场定向旋转角Φ。根据当前电机运行的实际反馈值及系统设定值，计算出给定电流的转矩分量及激磁分量，给定电压的转矩分量和激磁分量，再经过矢量的旋转变换和2/3变换，形成三相定子电流给定值Ia、Ib、Ic，这些值送入带电流断续自适应调节，电压前馈控制的电流调节系统。SIMADYND控制柜包括一套完整的硬件及软件，系统接收光电码盘反馈回的速度及位置信号，在PM6模板内完成速度控制及工艺运算，在另一PM6模板内完成矢量变换控制运算，然后形成定子三相电流的设定值及转子激磁设定值，输入给EP22及PM6+ITDC模板，由EP22进行三相电流调节运算，由PM6+ITDC模板完成转子激磁电流调节运算。并输出晶闸管功率柜的触发脉冲，通过晶闸管功率柜控制同步电机。SIMADYND控制系统硬件配置在主传动系统中，每台同步电机都配有一套SIMADYND控制系统，以完成各自