4MW大功率高壓電流型繞線電機(jī)調(diào)速節(jié)能系統(tǒng)研究與應(yīng)用.pdf

1、風(fēng)機(jī)與泵類(lèi)器械是我國(guó)應(yīng)用范圍最廣泛的生產(chǎn)設(shè)備，其用電量約占全國(guó)總發(fā)電量的40％。但存在耗電量大、運(yùn)行效率低等弊端，造成了能源的極大浪費(fèi)。且目前我國(guó)電機(jī)節(jié)能調(diào)速系統(tǒng)大都局限于幾十千瓦數(shù)量級(jí)，在兆瓦級(jí)大功率轉(zhuǎn)子節(jié)能調(diào)速方面的研究仍十分缺乏。因此對(duì)于大功率高壓風(fēng)機(jī)與泵類(lèi)節(jié)能調(diào)速系統(tǒng)的研究是當(dāng)前領(lǐng)域的技術(shù)熱點(diǎn)之一，同時(shí)具有十分重大的國(guó)民經(jīng)濟(jì)意義。
　　本文針對(duì)兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)與泵類(lèi)轉(zhuǎn)子節(jié)能調(diào)速系統(tǒng)的重大工程需求，研制了一種4MW-10KV高壓大

2、功率電流型轉(zhuǎn)子斬波調(diào)速系統(tǒng)。(1)在理論方面，以4MW電流型轉(zhuǎn)子調(diào)速系統(tǒng)為研究對(duì)象，建立了多路并聯(lián)斬波回路的分組交錯(cuò)并聯(lián)小信號(hào)模型，提出了大功率下調(diào)速系統(tǒng)功率元件功率損耗的計(jì)算公式，建立了水冷散熱系統(tǒng)等效熱路模型。(2)在系統(tǒng)賣(mài)現(xiàn)方面，提出了4MW調(diào)速系統(tǒng)硬件與機(jī)械模塊化方案，突破了水冷系統(tǒng)在高壓設(shè)備散熱中的應(yīng)用，并最終將系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，節(jié)能效果良好，解決了4MW轉(zhuǎn)子斬波調(diào)速系統(tǒng)難設(shè)計(jì)的問(wèn)題，具有實(shí)際工程意義。經(jīng)查證，該系統(tǒng)應(yīng)是

3、我國(guó)4MW等級(jí)轉(zhuǎn)子調(diào)速系統(tǒng)突破成功的最早案例，同時(shí)也是首次在工程上將水冷散熱應(yīng)用在高壓設(shè)備中。
　　本文的主要研究?jī)?nèi)容與成果如下:
　　(1)針對(duì)4MW轉(zhuǎn)子斬波調(diào)速系統(tǒng)中多路并聯(lián)斬波回路的建模問(wèn)題，建立了基于SSA算法的多路并聯(lián)斬波回路的通用小信號(hào)模型，解決了多路并聯(lián)斬波回路在同步驅(qū)動(dòng)模式與交錯(cuò)驅(qū)動(dòng)模式下的建模問(wèn)題，為4MW調(diào)速系統(tǒng)斬波回路元件參數(shù)的計(jì)算設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
　　(2)針對(duì)并聯(lián)斬波同步驅(qū)動(dòng)模式與交錯(cuò)驅(qū)動(dòng)

4、模式在大功率下不能同時(shí)兼顧系統(tǒng)安全與性能的問(wèn)題，提出了分組交錯(cuò)并聯(lián)的驅(qū)動(dòng)模式，解決了同步并聯(lián)模式下電流紋波過(guò)大的問(wèn)題及交錯(cuò)并聯(lián)模式下功率元件的過(guò)流問(wèn)題，降低了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)容量，提高了斬波回路的功率因數(shù)。
　　(3)針對(duì)兆瓦級(jí)大功率下斬波回路水冷散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題，提出了一種IGBT功率模塊功率損耗的計(jì)算方法，建立了基于等溫法的斬波回路水冷散熱系統(tǒng)等效熱路模型，提出了水冷散熱系統(tǒng)一次換熱過(guò)程與二次換熱過(guò)程的等效熱阻計(jì)算公式，解決了水冷

5、散熱系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)的問(wèn)題，為大功率水冷散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
　　(4)針對(duì)水冷散熱系統(tǒng)中并聯(lián)斬波回路功率元件之間的均勻散熱問(wèn)題，分析了散熱冷板的溫度分布情況，提出了IGBT散熱冷板并行水路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，解決了大功率下功率模塊均勻散熱系統(tǒng)難設(shè)計(jì)的問(wèn)題，通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證明了該設(shè)計(jì)滿足4MW調(diào)速系統(tǒng)對(duì)均勻散熱的要求。
　　(5)在系統(tǒng)硬件電路實(shí)現(xiàn)方面，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)高低壓光耦隔離電路，IGBT光纖驅(qū)動(dòng)信號(hào)分配電路，IGB

6、T狀態(tài)信號(hào)檢測(cè)電路，SCR配相、驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路，IGBT的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路等模塊，解決了系統(tǒng)控制的硬件實(shí)現(xiàn)問(wèn)題，為大功率轉(zhuǎn)子調(diào)速系統(tǒng)的工程應(yīng)用提供了硬件條件。
　　(6)在斬波回路機(jī)械結(jié)構(gòu)集成化設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)了斬波回路強(qiáng)電/弱電/水冷散熱系統(tǒng)一體化集成模塊，降低了斬波回路中的雜散電感，提出了完整的高低壓隔離、水電隔離方案，解決了大功率多路并聯(lián)斬波回路疊層銅排結(jié)構(gòu)難設(shè)計(jì)的問(wèn)題，突破了水冷散熱方式在高壓大功率轉(zhuǎn)子調(diào)速系統(tǒng)中難以應(yīng)用的問(wèn)題

7、。
　　(7)在整流/逆變回路機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊化方面，提出了SCR/DIODE驅(qū)動(dòng)/檢測(cè)/保護(hù)/散熱器模塊化集成設(shè)計(jì)，優(yōu)化了整流/逆變風(fēng)道設(shè)計(jì)，解決了整流器/逆變器的散熱與保護(hù)問(wèn)題，提高了系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性。
　　(8)目前本4MW高壓大功率電流型轉(zhuǎn)子斬波調(diào)速節(jié)能系統(tǒng)已于2014年3月在河南鞏義永安水泥廠4MW風(fēng)機(jī)調(diào)速工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試成功，經(jīng)過(guò)12個(gè)月的運(yùn)行，系統(tǒng)應(yīng)用效果良好。并取得了每臺(tái)每年超過(guò)一百萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。具有實(shí)際工程意義。