变频调速传动系统设计概述：湘钢宽厚板轧机输入 |
| 2012-07-07 13:18 作者：时洪璇 来源：硅谷网 HV： 编辑：GuiGu 【搜索试试】
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硅谷网7月7日消息 （原文载于《硅谷》杂志6月刊）就湘钢宽厚板轧机输入辊道+E21UG传动系统项目，简要描述变频调速传动系统集成及系统元器件选型方法。在完成前期可行性研究报告，提供单线系统图、控制原理典型图、盘柜布置图等资料后，进行本项目详细设计。
1传动控制方案确定
由方案知，本系统属于多电机传动，考虑使用接到直流电压母线上的逆变装置，直流电压由交流三相电网通过整流/回馈单元形成。
选择该方案的原因是使用将逆变器接到直流电压中间回路，具有以下优点：
1）如果有一个传动装置工作于发电状态时，可通过中间回路进行能量交换。
2）因为使用中间回路进行能量交换，使它有较小的安装尺寸。
2系统元件选型
该传动系统元件主要有：逆变器、输出滤波电抗器、熔断器、整流回馈单元、进线电抗器、自耦变压器、进线断路器、进线变压器。下面分别就以上元器件选型方法进行描述。
2.1逆变器选型
详细设计的依据是“湘钢-马达变频表.xls“”，例如设备编号703MGR35~40，设备数量为6台，单机容量为65KW，单机电流为130.2A，电压为AC380V，频率为19.6Hz，过载3.6倍，持续时间15s，6台设备总功率为390KW。
作为多电机传动系统，考虑到负载额定电压为AC380V，本组负载总功率P总=65*6=390KW，总电流I总=130.2A*6=781.2A；对照“三相交流传动系统电压源型变频调速”（以下简称“调速”）P3/10基本负载电流一列，选择基本负载电流比782A大一个等级的1000A，则逆变器订货号确定为6SE7041-1TK60，其额定功率630W、电网电压3AC380V～480V和直流电压DC510V～650V。
考虑逆变器本身有过载能力，根据理论和实践经验考虑逆变器选型。
2.2输出滤波电抗器选型
在多电机成组传动时，逆变器应考虑电机导线的容性再充电电流。接入一台输出滤波电抗器，总导线长度是每台电机导线长度之和。
根据选定逆变器额定电压、输出额定电流，电机频率等参数，对照“调速”P6/49和P3/47，确定输出滤波电抗器型号，其基本参数为额定电压AC380V，额定电流1100A。
实际选择输出滤波电抗器时，考虑经济成本，可以选择输出滤波电抗器额定电流，比逆变器额定电流小，满足负载额定电流条件。但是，输出滤波电抗器额定电流与逆变器额定电流匹配，这样在实际使用中比较保险。
2.3熔断器选型
配置熔断器时，对照“调速”P3/50和相关产品手册，进行选择。
2.4整流回馈单元选型
使用整流回馈单元的原因是：整流/回馈单元（电源换向）向逆变器的直流母线供电，它不仅由三相交流电源取得电动状态的能量，而且能将直流母线上的发电状态能量送回电网。整流/回馈单元通过两个互不相干的晶闸管桥来实现，它的发电状态工作桥通过一台自耦变压器接到电网上。
整流/回馈单元能够装在柜中构成完整的整流/回馈柜。
整流回馈单元选型前，针对本项目对用电设备组进行需用系数负荷计算。所谓用电设备组需用系数即用电设备组在最大负荷时需要的有功功率与其设备容量的比值。
根据“湘钢-马达变频表.xls”，参考工业与民用配电设计手册，进行计算，结果如下：
设备组总功率：P设备=65Kw*（6+6+5+6+6+5+5+5+5）=3185KW；
用电设备组名称 设备组总功率Pe（kW） 需要系数Kx 功率因数cosφ 有功功率Pc（kW） 无功功率Qc（kvar） 视在功率Sc（kW） 计算电流Ic（A）
一般工业用硅整流装置 3185 0.50 0.70 1592.5 1624.7 2275.0 3456.5
合计 1592.5 1624.7
乘以同时系数（0.83；0.93）后 1321.8 1511.0 2007.5
补偿量 -0.00
补偿后总计 1321.8 1511.0 2007.5 3050.1
对照“调速”P3/26，考虑采用电网电压等级为AC380V，单台整流回馈单元额定功率为800KW的装置，3台并联使用，实际使用时，3台并联整流器总输出功率有10%的损失。
通过并联整流回馈单元来提高输出电流，并联连接2个相同额定电流的并联装置。并联线路由1个主动装置和2个从动装置组成，并联装置安装在基本装置的左侧。对照“调速”P6/15选择并联装置基本装置（主）6SE7041-8EK85-0AA0，并联装置（从）型号6SE7041-8EK85-0AD0。
并联装置的并联连接方式见“调速”P6/15图6/22，其中端子排X28为电缆出线，端子排X27为电缆进线。
2.5进线电抗器选型
使用进线电抗器的原因是：网侧进线电抗器减小了整流/回馈单元的谐波电流，也减小了换向缺口。进线电抗器也能限制由于电源电位的突降（如由于补偿设备或接地故障）而产生的电流冲击。
本项目使用并联整流/回馈单元，所以采用单独的进线电抗器、基本装置和并联装置技术数据相同的单独自耦变压器。
对照“调速”P3/26，根据整流回馈单元电网电压AC380，输入电流1542A，确定进线电抗器参数1600A，2%，380V，与整流单元匹配。
2.6自耦变压器选型
整流回馈单元回馈桥用自耦变压器优点是：即使在发电状态工作时，在所有电机转速下均可达到电机的最大转矩。整流/回馈单元为了工作在发电状态，必须将加在逆变桥上的电网电压提高20%，用自耦变压器来实现这种电压的配合。
根据电网电压AC380和其他数据，确定自耦变压器参数：AC380V，通电持续率25%ED。
2.7整流变压器选型
本项目变压器连接在线路上时，则可看作是线路的用电设备，因此其一次绕组额定电压与电网额定电压相同。
变压器二次侧供电线路不长，直接供电给低压用电设备，其二次绕组额定电压需高于所联电网额定电压5%，仅考虑补偿变压器满负荷运行时绕组内部5%的电压降。
本项目一次侧额定电压为10KV，二次电网电压为AC380V，则取AC380V*5%=AC400V，即变压器变比为10/0.4KV。
根据计算负荷约1592.5KW和负载容量是变压器额定容量的60~70%的原则，计算变压器容量，参考整流回馈单元总容量2400KVA，进线电抗器短路阻抗2%，确定变压器参数：2500KVA，10/0.4KV，Dd0，Ud=6%。
整流变压器短路阻抗一般取6%~8%，普通配电用变压器一般取4.5%左右。
2.8进线断路器选型
根据变压器低压侧的额定电流，确定断路器容量及设置；安装点的最大短路电流，此短路电流决定了所选断路器所需的最小分断容量。
变压器低压侧的额定电流计算方法如下：
In=Sn*103/1.732*U20
其中：
Sn=变压器的额定功率（KVA）
U20=变压器（空载时）二次侧额定电压（V）
In=变压器低压侧的额定电流A（rms值）
本项目In=2500*103/1.732*400≈3608（A），参考计算电流值3456.5A，则断路器额定电流取4000A。
或者参考“变压器与断路器配合选用推荐表.xls”，变压器容量为2500KVA时，参考计算电流值3456.5A，选择断路器额定电流4000A，额定电压380V，参考设备手册选择断路器型号E4S4000-R4000-3P-PR121，低压配电用断路器选择带过载保护、选择性短路保护、瞬时短路保护功能。
3通讯及其配件选型
整流回馈单元通过操作和参数设置单元PMU在本机上进行操作。
本项目使用PROFIBUSDP，将MASTERDRIVES耦合到上一级自动化系统，需要通讯板CBP2。
整流/回馈单元的电子箱中有开环闭环控制板CUR。
逆变器的电子箱中有开环和闭环控制板CUVC，CUVC上有开关量输入/输出附加端子排，和模拟量输入/输出附加端子排。
CUR和CUVC再配置附加板通讯板CBP2，使整流/回馈单元和逆变器能自动完成PROFI-BUSDP的CPU控制综合任务。
4系统附件选型
4.1绝缘监视器选型
本项目为IT不接地电网，使用绝缘监视器监视不接地电网（IT电网）的绝缘电阻。此外，它不仅能监视直流中间回路，也能监视变频器电机侧的绝缘故障。当绝缘电阻低于一个最小值时，在端子上给出信号。
本项目选型绝缘监视器DJY-2S电源AC220V。
4.2电压转换开关、电压表、电流互感器、电流表选型
本项目使用电压转换开关、电压表、电流互感器、电流表，来对电网电压、电流进行实时监测和观察，其选型原则遵循通用规定，参考设备手册，进行选择，本项目选型为：电压转换开关K1D-024MLP三相线电压切换，电压表6C2-450V0-450V，电流互感器ALH-0.664000/54000A/5A，电流表6C2-4000A5A0-4000A。
4.3其他如预充电回路、续流二极管选型
根据项目实际情况，有时还需配置预充电回路、续流二极管，参考“调速”P51和项目相关参数进行选型。
5连接现场电机
通过现场操作箱，配置1个断路器/电机，连接至现场电机。
这样，一个简单的传动系统设计就基本完成了，有不足之处敬请指正。《硅谷》杂志
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