SM150中壓變頻器在大功率測試系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：近年來，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展和進(jìn)步，各類大功率的設(shè)備越來越多，德國西門子公司推出的SM150中壓變頻器具有非常多的優(yōu)點，其現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于各類系統(tǒng)當(dāng)中。文章首先對SM150中壓變頻器進(jìn)行簡介，并在此基礎(chǔ)上對大功率測試系統(tǒng)中的SM150中壓變頻器的具體應(yīng)用進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：SM150；中壓變頻器；大功率測試

中圖分類號：TD634 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）13-0046-02

1 SM150中壓變頻器簡介

SM150系列變頻器是德國西門子公司的主推產(chǎn)品，該系列變頻器的成功推出，使2.3～7.2kV大功率中壓變頻調(diào)速裝置獲得高動態(tài)性能變?yōu)榭赡埽淠軌驅(qū)?～9000RPM范圍內(nèi)的傳動速度進(jìn)行精準(zhǔn)控制。同時，該系列變頻器還能對線路供電進(jìn)行再生反饋，而且還能用作帶IGCT半導(dǎo)體器件電機(jī)驅(qū)動裝置的中壓驅(qū)動，它的傳動控制功能具體包括以下幾項：矢量控制、傳動順序控制、速度控制、同步電機(jī)勵磁控制、軸定位控制、波形監(jiān)視、電機(jī)冷卻與潤滑以及軸瓦溫控等等。SM150中壓變頻器的整流與逆變的功率元件采用的是相同的設(shè)計，兩者的硬件結(jié)構(gòu)基本一致，全部都是采用獨(dú)立的水冷單元完成系統(tǒng)的冷卻，以此來降低系統(tǒng)運(yùn)行過程中的噪音和溫度。SM150變頻器自帶有源前端，并且還能以四象限運(yùn)行，其結(jié)構(gòu)為中點鉗位的三電平，該變頻器的控制核心為D445控制器，單臺最大功率為10MVA，3臺并聯(lián)可以組成28MVA的逆變器。此外，SM150變頻器還可以構(gòu)成公共直流母線帶若干個逆變器的系統(tǒng)。SM150變頻器的整流與逆變單元全部都是由相模塊構(gòu)成，每個模塊由4塊IGCT組成，其中整流單元自帶有源前端，水冷單元則是由泵系統(tǒng)、去離子和熱交換裝置構(gòu)成，控制單元由D445組成。

下面簡要介紹一下SM150中壓變頻器的功能特點：其一，SM150具有非常靈活的電機(jī)保護(hù)功能。其允許電機(jī)在過載情況115%的條件下長期運(yùn)行，當(dāng)電機(jī)過載達(dá)到225%以上時，能夠運(yùn)行60秒，過載超過250%時，則可以運(yùn)行20秒，一旦電機(jī)過載超出275%便會自行速斷，以此來保護(hù)電機(jī)不受損壞；其二，控制性能。SM150變頻器的這一性能主要是針對同步電動機(jī)而言的，當(dāng)存在速度反饋時，其最大輸出功率可達(dá)90Hz，控制精度則能夠達(dá)到±0.01%，弱磁調(diào)速范圍是1∶4，力矩控制精度為±2%；其三，功率因素可調(diào)。SM150變頻器的變換效率能夠達(dá)到0.99，IGCT的開關(guān)頻率較低，僅為200Hz，其功率相對較小。

2 大功率測試系統(tǒng)中SM150中壓變頻器的具體應(yīng)用

對于大功率測試系統(tǒng)而言，其設(shè)計的基本原則是應(yīng)當(dāng)滿足相應(yīng)的測試需求，為了便于本文研究，下面以某大功率齒輪箱的出廠測試為依托，對SM150中壓變頻器在其測試系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行介紹。

2.1 測試系統(tǒng)的構(gòu)成

該測試系統(tǒng)主要由以下五個部分構(gòu)成：

（1）整流變壓器。其為S1連續(xù)工作制，整體容量為7750kVA，連接組別為DY5，電壓等級為10kV/3.3kV。

（2）變頻器。該測試系統(tǒng)的變頻器采用的是SM150中壓變頻器，其具有如下優(yōu)點：設(shè)計緊湊、組態(tài)靈活，便于工廠集成的實現(xiàn)；操作界面友好、簡單，方便操作人員對系統(tǒng)進(jìn)行控制；變頻器能夠在需要維護(hù)時自動發(fā)出信號，有效確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行；變頻器采用的IGCT技術(shù)和無保險設(shè)計，既堅固又可靠；變頻器自帶的標(biāo)配接口能夠與自動化系統(tǒng)相連接；電源部分的創(chuàng)新性設(shè)計更加便于維修；柜門上的操作面板能夠顯示實際運(yùn)行工況和設(shè)定相關(guān)參數(shù)，并且還能對故障發(fā)出告警顯示。

（3）交流變頻電機(jī)。為滿足該大功率測試系統(tǒng)的需要，交流變頻電機(jī)的額定輸出功率設(shè)定為20MW，轉(zhuǎn)速為996PRM，不但能夠正轉(zhuǎn)而且還能反轉(zhuǎn)，同時電機(jī)為S1工作制，冷卻方式水冷。冷卻水系統(tǒng)由熱交換裝置與冷卻水循環(huán)泵組成，主要負(fù)責(zé)對變頻器進(jìn)行冷卻。

（4）PLC。測試系統(tǒng)的主控采用的是S7-300系列PLC，并配以工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊，能夠通過CAN對控制器進(jìn)行編程及調(diào)試。

（5）人機(jī)界面。測試系統(tǒng)的人機(jī)交互界面是其重要的組成部分之一，在操作面板上能夠?qū)崿F(xiàn)快速維修和本地操作兩種模式，在工控機(jī)上則能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制。利用人機(jī)交互界面能夠非常方便地對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，具體包括輸入設(shè)定值、實際值輸出以及系統(tǒng)狀態(tài)實時監(jiān)控等。

2.2 SM150變頻器驅(qū)動功能

驅(qū)動系統(tǒng)主要由以下幾個部分構(gòu)成：整流變壓器、整流單元、隔離開關(guān)柜、變頻器水冷系統(tǒng)、逆變單元和變頻電機(jī)等等。具體模塊如下：整流模塊、逆變模塊、控制單元、操作單元。SM150變頻器具有本地、維修和遠(yuǎn)程操控三種模式，借助PLC柜面上的開關(guān)能夠進(jìn)行模式切換，其中維修模式主要負(fù)責(zé)對變頻器系統(tǒng)的檢查，包括變頻器、變壓器、電機(jī)的風(fēng)機(jī)啟停、冷卻系統(tǒng)啟停等功能；本地模式通過CAN總線與D445進(jìn)行通訊，以此來實現(xiàn)對測試系統(tǒng)的啟停等操作；遠(yuǎn)程控制模式采用的是工控機(jī)，并通過以太網(wǎng)與D445進(jìn)行通訊，對系統(tǒng)啟停進(jìn)行操作。SM150變頻器是由3個獨(dú)立的整流單元構(gòu)成的，每個單元分別對自身的母線進(jìn)行控制，并使其維持在4800V左右，而3個逆變單元則是通過D445進(jìn)行同一控制，IGCT的觸發(fā)信號是利用光纖進(jìn)行傳輸，進(jìn)而確保了3個逆變?nèi)g的輸出電流同相位。SM150變頻器具有以下保護(hù)功能：電機(jī)繞組溫度異常保護(hù)、變壓器溫度異常保護(hù)、IGCT單元溫度異常保護(hù)等。整個變頻器系統(tǒng)具有故障分析和記錄功能，并且還具備過電壓、欠電壓、過電流、過載、接地短路等故障保護(hù)功能，相關(guān)的故障報警信息通過CAN總線傳輸至上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。

3 結(jié)語

綜上所述，由于SM150中壓變頻器采用的是D445，其在功能上更加靈活，整個系統(tǒng)具有運(yùn)行穩(wěn)定性高、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點，它的模塊化設(shè)計理念為維護(hù)與維修提供了方便，用戶只需要按照自身的需求進(jìn)行合理應(yīng)用，便可以節(jié)省大量的維護(hù)時間和成本。

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作者簡介：鄒秋元（1966—），男，湖南祁東人，湖南衡陽二七二社區(qū)電氣工程師，碩士，研究方向：電氣能源節(jié)約和管理、工廠變配電技術(shù)、電氣自動化。

（責(zé)任編輯：周 瓊）