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概要:本文简要介绍了交流变频切换控制技术的切换方法,阐述了交流变频切换控制技术的仿真实现方案,研究了交流变频切换控制技术控制电动机启动对电网的冲击情况。
关键词: 切换控制,异步电机,同步电机,仿真
0引言
交流变频调速技术是在近几十年来迅猛发展起来先进的电力拖动技术,在稳态启动,节能减排,保护环境等方面起到了重要的作用,在各个领域都得到了十分广泛的应用。本文重点研究其在稳态启动中的应用。
工业生产中的大型电机的启停,都会对电网以及其他运行设备造成扰动和冲击,对电网电压要求比较严格的拖动设备,这显然是不允许的。交流变频切换控制技术就是实现电机的稳态启动和平稳切换的先进技术。
常用的切换控制方式有以下几种:
1、“冷”切换:电机在停止运行时,将电机的驱动电源直接由变频器切换到主电源,或者由主电源切换到变频
器,切换过程可以手动也可由PLC控制,但这种切换方式必须在电机停止的情况下切换,对整个系统的总体控制不利。
2、异步切换:当电机在变频器的控制下,转速达到额定值,变频器输出电压的频率与电网频率一致时,将电机从变频器驱动切换到主电源驱动。
这种方式一般只用于功率较小的低压变频驱动,切换过程对电网影响可忽略;但是,切换不当时,电网电压对变频器功率器件会造成冲击,严重时变频器会跳闸或损坏。
3、同步切换:当电机功率较大时,尤其是高压变频器切换时,切换过程不仅要求变频器输出的电压和频率与电网一致,而且两者的相位也必须相同。
这种切换方式下,如果上述条件有一个不满足,就会对电网和变频器造成冲击,严重时还会影响电网上其他设备的正常工作并损坏变频器。
本文针对第三中切换方式,及同步切换方式,研究整个启动和切换的实现过程,建立同步稳态启动切换的数据模型,实现对大型电机的稳态切换控制技术进行研究。
1仿真研究对象概述
宝钢分公司能源环保部日本三井造船公司生产的大型高炉轴流式全静翼可调鼓风机,采用可控硅变频起动方式,实现从起动到同步转速升速过程对电网无冲击的软起动方式。
主要技术参考为:
要求电机由空载起动后切换到电网,在电网供电的情况下加载至额定负载。在整个过程中,尽量减少启动过程对电网以及其他运行设备的影响。
2同步电机变频启动控制系统仿真方案
鼓风机同步电机控制主回路图,启动母线和运行母线为同一母线,正常运行是变压器上侧开关处于闭合状态。起动过程如下。
起动之前先选择电机,现在选择电机M1进行起动。
(1)、开始起动。变频器发出脉冲指令使励磁电源接通,为同步电机提供100%的空载励磁电流,保持此励磁电流不变的情况下,闭合K1、K2开关,速度指令从零开始缓慢增加,电机开始起动运转。实现框图如图1:
(2)、加速运行变频器。保持V/f不变的特性下,频率和电压均呈线性增加,电机逐步加速至48Hz。
(3)、励磁模式切换。当频率达到48Hz时,励磁电流从恒磁模式切换到电压闭环调节模式。即励磁电流的给定值将由电机电压与电网电压的误差进行调节
由于励磁电流的变化可以调节功率因数并使同步电机矩角特性产生小量变化。因此,这实际上就构成了电压反馈的电机同步跟踪系统。当系统调整到稳定时,同步电机的端电压与电网电压基本一致。
(4)、同步切换。当励磁系统电压调节器鉴别到电压误差小于1%时,进入同
步切换控制,此时变频器计算电机电压与电网电压的相位差。一旦相位差为零,发出切换信号。接通K3,断开K2。电机转由电网直接供电。
起动完成后,变频器再去起动另一台电机M2。
3同步电机变频启动控制系统仿真
根据以上过程和各阶段控制框图,在STAR-90仿真支撑系统中编写相应的控制算法,建立同步稳态启动切换的数据模型,实现对大型电机的稳态切换控制。
为了验证本文提出的交流变频调速切换控制的稳定性,在整个切换过程,监测电网电压和该电动机的启动电流等,来判断切换过程的稳定性。如图6。
从仿真曲线图可以看到,电动机的启动电流,在整个启动过程中,都没有出现过高的值,电网电压的变化几乎没有什么变化,即对电网没有造成冲击,因此,整个启动过程不会对电网中运行的其他设备造成影响。
五、结论
电动机在变频器和电网之间切换时,最主要的要求是尽可能的减少切换过程对电网和变频器的冲击和电网中其他电气设备的正常工作。
本文阐述了交流变频调速切换控制技术的概况和原理,针对实际设备,进行了交流变频调速切换控制的仿真实现,利用STAR-90仿真支撑系统建立了交流变频调速切换控制技术的模型,对整个启动过程,进行了详细的分析,试验和研究。为交流变频调速切换控制技术的研究,培训建立了仿真平台,目前本仿真系统应用于《上海宝钢大型鼓风机系统仿真机项目》中。
参考文献
1. 胡纲衡,唐瑞球,江志敏,何旻成.交流变频调速的切换控制技术.《电工技术杂志》2001 年第6 期.
2. 韩安荣.通用变频器及其应用(第2版)[M].北京:机械工业出版社.2000
3. 吴忠智,吴加林.变频器应用手册[Z].北京:机械工业出版社.1995
4. 张宗桐.变频器及其装置的EMC要求[J].变频器世界.2000(9)
关键词: 切换控制,异步电机,同步电机,仿真
0引言
交流变频调速技术是在近几十年来迅猛发展起来先进的电力拖动技术,在稳态启动,节能减排,保护环境等方面起到了重要的作用,在各个领域都得到了十分广泛的应用。本文重点研究其在稳态启动中的应用。
工业生产中的大型电机的启停,都会对电网以及其他运行设备造成扰动和冲击,对电网电压要求比较严格的拖动设备,这显然是不允许的。交流变频切换控制技术就是实现电机的稳态启动和平稳切换的先进技术。
常用的切换控制方式有以下几种:
1、“冷”切换:电机在停止运行时,将电机的驱动电源直接由变频器切换到主电源,或者由主电源切换到变频
器,切换过程可以手动也可由PLC控制,但这种切换方式必须在电机停止的情况下切换,对整个系统的总体控制不利。
2、异步切换:当电机在变频器的控制下,转速达到额定值,变频器输出电压的频率与电网频率一致时,将电机从变频器驱动切换到主电源驱动。
这种方式一般只用于功率较小的低压变频驱动,切换过程对电网影响可忽略;但是,切换不当时,电网电压对变频器功率器件会造成冲击,严重时变频器会跳闸或损坏。
3、同步切换:当电机功率较大时,尤其是高压变频器切换时,切换过程不仅要求变频器输出的电压和频率与电网一致,而且两者的相位也必须相同。
这种切换方式下,如果上述条件有一个不满足,就会对电网和变频器造成冲击,严重时还会影响电网上其他设备的正常工作并损坏变频器。
本文针对第三中切换方式,及同步切换方式,研究整个启动和切换的实现过程,建立同步稳态启动切换的数据模型,实现对大型电机的稳态切换控制技术进行研究。
1仿真研究对象概述
宝钢分公司能源环保部日本三井造船公司生产的大型高炉轴流式全静翼可调鼓风机,采用可控硅变频起动方式,实现从起动到同步转速升速过程对电网无冲击的软起动方式。
主要技术参考为:
要求电机由空载起动后切换到电网,在电网供电的情况下加载至额定负载。在整个过程中,尽量减少启动过程对电网以及其他运行设备的影响。
2同步电机变频启动控制系统仿真方案
鼓风机同步电机控制主回路图,启动母线和运行母线为同一母线,正常运行是变压器上侧开关处于闭合状态。起动过程如下。
起动之前先选择电机,现在选择电机M1进行起动。
(1)、开始起动。变频器发出脉冲指令使励磁电源接通,为同步电机提供100%的空载励磁电流,保持此励磁电流不变的情况下,闭合K1、K2开关,速度指令从零开始缓慢增加,电机开始起动运转。实现框图如图1:
(2)、加速运行变频器。保持V/f不变的特性下,频率和电压均呈线性增加,电机逐步加速至48Hz。
(3)、励磁模式切换。当频率达到48Hz时,励磁电流从恒磁模式切换到电压闭环调节模式。即励磁电流的给定值将由电机电压与电网电压的误差进行调节
由于励磁电流的变化可以调节功率因数并使同步电机矩角特性产生小量变化。因此,这实际上就构成了电压反馈的电机同步跟踪系统。当系统调整到稳定时,同步电机的端电压与电网电压基本一致。
(4)、同步切换。当励磁系统电压调节器鉴别到电压误差小于1%时,进入同
步切换控制,此时变频器计算电机电压与电网电压的相位差。一旦相位差为零,发出切换信号。接通K3,断开K2。电机转由电网直接供电。
起动完成后,变频器再去起动另一台电机M2。
3同步电机变频启动控制系统仿真
根据以上过程和各阶段控制框图,在STAR-90仿真支撑系统中编写相应的控制算法,建立同步稳态启动切换的数据模型,实现对大型电机的稳态切换控制。
为了验证本文提出的交流变频调速切换控制的稳定性,在整个切换过程,监测电网电压和该电动机的启动电流等,来判断切换过程的稳定性。如图6。
从仿真曲线图可以看到,电动机的启动电流,在整个启动过程中,都没有出现过高的值,电网电压的变化几乎没有什么变化,即对电网没有造成冲击,因此,整个启动过程不会对电网中运行的其他设备造成影响。
五、结论
电动机在变频器和电网之间切换时,最主要的要求是尽可能的减少切换过程对电网和变频器的冲击和电网中其他电气设备的正常工作。
本文阐述了交流变频调速切换控制技术的概况和原理,针对实际设备,进行了交流变频调速切换控制的仿真实现,利用STAR-90仿真支撑系统建立了交流变频调速切换控制技术的模型,对整个启动过程,进行了详细的分析,试验和研究。为交流变频调速切换控制技术的研究,培训建立了仿真平台,目前本仿真系统应用于《上海宝钢大型鼓风机系统仿真机项目》中。
参考文献
1. 胡纲衡,唐瑞球,江志敏,何旻成.交流变频调速的切换控制技术.《电工技术杂志》2001 年第6 期.
2. 韩安荣.通用变频器及其应用(第2版)[M].北京:机械工业出版社.2000
3. 吴忠智,吴加林.变频器应用手册[Z].北京:机械工业出版社.1995
4. 张宗桐.变频器及其装置的EMC要求[J].变频器世界.2000(9)