图3 5000kVA变频器外形图 系统外形如图3所示,从左至右分别为启动柜、变压器柜、单元柜1、单元柜2,总宽度为7250。受变压器尺寸的影响,柜体高度和深度分别做到了2400和1400。三相单元上下排列,每个单元柜内安装有9个功率单元。为了充分利用单元柜的深度尺寸,控制系统与单元之间采用前后排列方式,将控制系统布置在单元的背面。控制系统与单元之间采用钢板屏蔽。 三、启动柜 单元串联式高压变频器一般采用隔离变压器阻抗限流,功率单元上电初始期相当于短路,冲击电流很大。大功率变频器因为电容的增加,这个问题显得更为严重,为了避免冲击电流对电网和功率单元形成危害,我们在变频器前短增加了一个启动柜,启动柜主回路如图4所示。上电前,真空接触器KM处于断开位置,上电时电阻串接在主回路中,通过电阻限制上电电流值,当电压上升到一定程度后,KM闭合,将上电电阻切除。图5为增加启动柜后,功率单元直流母线上电压的上升曲线,直流电压上升到600V后,电阻被旁路。从曲线上可以看出,串入电阻时,电压上升速度明显变缓,i(t) = Cdu(t)/dt,单元电流被有效抑制。图4 启动柜主回路图 四、负载试验 这台变频器是为俄罗斯生产的,发到现场前,必须进行严格的测试,尤其是负载试验。在工厂我们通过能量回馈方式最大只能带到800kVA的负载,与变频器容量相差甚远。为此我们找到了北京重型电机厂的试验平台,该厂有一台3600kVA的同步发电机,短时电流可以达到400A。 图6 负载试验主回路图 负载试验的主回路如图6所示,同步发电机作为变频器的负载电动机M1使用,M1拖动一台2000kW的直流发电机G1,G1同时为两台1000kW的直流电动机M2、M3供电,M2、M3再分别拖动两台同步发电机G2和G3,将能量回馈到电网。 变频试验时,同步电动机采用变频异步空载启动,运行到30Hz后施加励磁将M1拖入同步运行状态,然后再调节速度,并通过调节直流电机励磁调节负载,调节同步电机励磁调节变频器的输出电流。同步电动机在异步启动/运行过程中,因其结构的特殊性,电流要大于同容量的异步电动机,因此在启动过程中,通过调节启动时间,我们可以将变频器的输出电流调到500A以上。试验取得了非常满意的结果: 图7 电流、电压即功率测量 运行现场 研发部 陈秋泉
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