变频器在钢铁行业轧机中的运用

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变频器在钢铁行业轧机中的运用目 录摘要ABSTRACT第1章引言 11. 1 前言 11.2轧钢机变频调速系统研究的现状与存在的问题 11.3 本文的主要内容 2第2章磁场定向矢量控制同步电机的数学模型 42. 1同步电机转子的dq轴系的数学模型 42.2同步电机定子的MT轴系的数学模型 72.3气隙磁链定向矢量控制同步电机的数学模型 11第3章 大功率电力电子变换器 143. 1 交交变频器基本原理 143. 2 交交变频器主回路设计 24第4章5000KW轧钢机变频调速系统设计 304. 1热连轧主传动系统组成 304. 2 交交变频器主回路 344. 3整流变压器 364.4 交交变频同步电机控制系统 37第5章轧制分析、无功补偿与谐波治理 425. 1转矩、转速及功率分析 425.2无功补偿与谐波治理 465. 3 轧机机电振动的抑制 49结论 52致谢参考文献本文对大型热连轧钢机主传动变频调速系统进行了设计,根据大型热连轧钢 机主传动具有低速大功率传动、较高的动态响应和过载能力的特点,选择技术应 用已经成熟的交交变频同步电机调速作为系统的设计方案,其中同步电机采用磁 场定向矢量控制,交交变频调速装置采用大功率晶闸管元件组成多套大功率交交 变频器,并对变频调速系统进行调试分析,主要是对轧制过程进行转矩、转速及 功率分析,以及进行无功补偿与谐波治理。关键词 轧钢机 热连轧 矢量控制 交交变频ABSTRACTThis article has carried on the design to the large-scale hot companymill main transmission frequency conversion velocity modulation system, main transmission had the low speed high efficiency transmission according tothe large-scale hot company mill, a higher dynamic response and theoverload capacity characteristic, the choice technology applicationalready the mature junction hands over the frequency conversion synchronous machine velocity modulation to take the system the designproposal, synchronous machine used the magnetic field direction detection vector control, handed over the alternation frequency speeder to use the high efficiency crystal thyratron part to composethe multiwraps high efficiency junction to hand over the frequency changer, and carried on the debugging analysis to the frequency conversion velocity modulation system, mainly was carries on the to rque, the rotational speed and the power analysis to the rollingprocess, as well as carried on the idle work to compensate with theovertone government.Key words: Mill, Hot companymill, Vector control, AC-AC cycloconverter第1章引言1.1>前言人型热连轧钢机主传动要求屯气传动系统具有较高的动态响应和过载能力。 这一领域长期被直流电动机所垄断,由于直流电机存在换向器、电刷等部件,使 其在提高单机容量、过载能力以及简化维护等方面受到了限制,已不能满足轧钢 机向人型化、高速方面的发展。因此选择不仅具有宜流传动同样优越的调速性能, 还具有单机容量不受限制、体积小、重量轻、转动惯量小、动态响应好、维护简 单化以及节约能源等许多优点的交流同步电机变频调速系统进行研究分析与工 程设计,对于提高生产效益,进行项目研制及工程改造等都具有重大意义。人功率轧钢机主传动领域已出现交流调速传动取代直流传动的趋势,但交流 变频调速系统技术难度大、结构复杂,其核心技术多为世界上少数几家知名电气 公司所掌握。德国、美国、日本、法国等世界各犬电气公司都争相开发交交变频 同步电机调速技术。1981年徳国西门子公司研制成功世界上第一台4000KW大型 交交变频同步电机调速系统,廿前世界上已冇数百套这类调速系统投入运行,单 机容量达到12000KWo我国科研院所1993年研制成功我国第一套2500KW交交变 频同步电机轧机主传动系统,在此基础上,又连续突破了 5000KW单机大容量、 单机口J逆、双机传动等技术难关,在国家“九五”期间研制成功出8台1OMVA 人功率交交变频器组成的我国第一套人型热连轧机交流同步屯机调速系统。2002 年采用新型电力电子器件IGCT研制成功国家863计划项目——5MVA三电平大功 率变频器打破人型交流传动装备长期依赖进口的局面o 0前世界上电力电子器件 已经由TGCT逐渐成熟改向IGBT研究,电机单机容量正由12000KW向15000KW 突破。1?2、轧钢机变频调速系统研究的现状与存在的问题轧钢机主传动交交变频调速系统主要由同步电机、交交变频器和磁场定向矢 量控制系统三大部分组成。该系统结构复朵、技术难度大,涉及到电机学、电力 电子技术以及现代控制理论三个不同的学科领域,有关该课题的研究分析与工程 论文不多。在交流电机交交变频调速这一领域小,小容量交交变频同步电机采用转子励 磁磁链定向矢量控制,其数学模型简单、转矩与磁链控制解耦,但存在功率因数 差、变频装置利用率低的缺点。大容量交交变频同步电机釆用定子磁链定向矢量 控制,其控制原理是德国学者于1972年继异步电机磁场定向矢量控制原理Z后 提出的,后来分别建立了定子磁链定向矢量控制凸极同步电机和隐极同步电机的 数学模型。定子磁链定向矢量控制同步电机在动态过程屮,存在传子励磁电流过 大而造成磁路饱和的缺陷,对与频繁冲击负载的轧钢机主传动,应采用气隙磁链 定向矢量控制。大功率电力电子变频器冇品闸管交交变频器、品闸管负载换流交直交变频 器、IGBT/IGCT交直交变频器三大类型。口前,6KA/6KV的集成门极换向晶闸管 (1GCT)已取代门极可关
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