關(guān)鍵詞： 變頻器 電機
摘要：隨著變頻器技術(shù)的發(fā)展，可以使木馬以不同的速度旋轉(zhuǎn)，既增加了娛樂性，又節(jié)省了電能。ACI變頻器成功應用于88座旋轉(zhuǎn)木馬上，該木馬為兩層設(shè)計，設(shè)備直徑12米，含護欄15米，設(shè)備高度14米，設(shè)備總共44噸，可坐88人，主拖動電機為三相380V/25KW六極電機。
游樂場是兒童自由自在玩耍的地方。現(xiàn)代游樂場通常會有蹺蹺板、旋轉(zhuǎn)木馬、秋千、單杠、雙杠、滑梯、吊環(huán)、玩具小屋、旋轉(zhuǎn)木馬及迷宮等。這些游樂設(shè)施能夠幫助兒童發(fā)展協(xié)作能力、使身體強健及學會處世技巧，而且又可提供娛樂及享受。其中，旋轉(zhuǎn)木馬是小朋友最喜歡玩的一種游樂設(shè)施，傳統(tǒng)的木馬以一種固定的速度運行，缺乏趣味性和刺激性。
隨著變頻器技術(shù)的發(fā)展，可以使木馬以不同的速度旋轉(zhuǎn)，既增加了娛樂性，又節(jié)省了電能。ACI變頻器成功應用于88座旋轉(zhuǎn)木馬上，該木馬為兩層設(shè)計，設(shè)備直徑12米，含護欄15米，設(shè)備高度14米，設(shè)備總共44噸，可坐88人，主拖動電機為三相380V/25KW六極電機。
一.ACI變頻器產(chǎn)品特點
1.采用電機專用處理器DSP矢量控制
2.動態(tài)性能穩(wěn)定，反應速度快，適合于頻繁起動正反轉(zhuǎn)場合
3.豐富的端子功能,滿足不同需求
4.低頻轉(zhuǎn)矩輸出150%，轉(zhuǎn)速精度0.5%，低頻運行特性良好
5.標準RS485/Modbus通信接口，內(nèi)置PID，簡易PLC
6、載波頻率可調(diào)，靜音運行
7.體積緊湊，安裝方便，操作簡單
8.采用SMT全貼裝生產(chǎn)及三防漆處理工藝
9.保護功能全面，安全運行。
二.ACI變頻器對旋轉(zhuǎn)木馬改造
1.改造要求，
木馬先以20HZ運行30秒，然后以30HZ運行30秒，再以40HZ運行1分鐘，最后以50HZ運行30秒停止。
2.根據(jù)電機型號和現(xiàn)場情況，選擇37KW通用變頻器，參數(shù)設(shè)置如下；
參數(shù)代碼
參數(shù)設(shè)置
備 注
參數(shù)代碼
參數(shù)設(shè)置
備 注
d0.03
1
外部啟動
d3.28
40HZ
運行速度3
d0.17
40S
加速時間
d3.29
50HZ
運行速度4
d0.18
40S
減速時間
d8.00
0101
PLC運行
d0.19
50HZ
上限頻率
d8.02
30S
1運行時間
d0.20
20HZ
下限頻率
d8.04
30S
2運行時間
d3.26
20HZ
運行速度1
d8.06
60S
3運行時間
d3.27
30HZ
運行速度2
d8.08
30S
4運行時間
三.改造后效果
1.電動機不需長期高速運行，工作電流大幅度下降，節(jié)電效果顯著；
2.由于變頻器取代了液耦調(diào)速，消除了機械及液耦高故障率的缺陷，設(shè)備維護費用降低；
3.電動機運行振動及噪聲明顯下降，軸承溫度也有很大的下降；
4.交流變頻調(diào)速器，以適用性強、可靠性高、操作使用方便等優(yōu)點，受到用戶的歡迎。關(guān)鍵詞：
摘要：核工業(yè)西南物理研究院建于1965年，隸屬中國核工業(yè)集團公司，是我國最早從事核聚變能源開發(fā)的專業(yè)研究院；是我國磁約束核聚變領(lǐng)域唯一獲得過國家科技進步一等獎的單位；為我國核聚變能源開發(fā)事業(yè)做出了重要貢獻，在國際上享有較高的聲譽。
一、項目背景
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核工業(yè)西南物理研究院建于1965年，隸屬中國核工業(yè)集團公司，是我國最早從事核聚變能源開發(fā)的專業(yè)研究院；是我國磁約束核聚變領(lǐng)域唯一獲得過國家科技進步一等獎的單位；為我國核聚變能源開發(fā)事業(yè)做出了重要貢獻，在國際上享有較高的聲譽。
中國環(huán)流器二號A（HL－2A）是核工業(yè)西南物理研究院與德國馬克斯?普朗克等離子體物理研究所(IPP)科技合作建設(shè)而成的磁約束核聚變實驗裝置；是我 國第一個具有偏濾器位形的托卡馬克裝置。2009年在HL－2A裝置上首次實現(xiàn)了偏濾器位形下高約束模式運行，這是我國磁約束聚變實驗研究史上具有里程碑意義的重大進展，標志著我國磁約束聚變能源開發(fā)研究綜合實力與水平得到了極大的提高。
為保證環(huán)流器二號裝置（HL-2M）能量的充足供應，機組采取機械儲能、脈沖放電工作方式。利用合康提供的HIVERT-Y6/1200（6kV/10000kW）高壓水冷變頻調(diào)速系統(tǒng)拖動8500kW電機進行變頻調(diào)速，以滿足不同工況下脈沖發(fā)電機組的啟動、放電跟蹤和再加速要求，并根據(jù)中央控制系統(tǒng)指令進行自動控制。
二、總體方案
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在國內(nèi)此種負載用途應用屬于首例，我公司非常重視，從研發(fā)到生產(chǎn)特別成立專項小組來完成這具有重要意義的項目，拿出公司最強的技術(shù)力量來確保此項任務的圓滿完成。
根據(jù)技術(shù)參數(shù)，選用HIVERT-Y6/1200高壓變頻裝置，額定輸出電流為1200A，適配電機功率為10000kW。由手車斷路器式自動旁路柜、啟動柜、主變壓器柜、功率單元柜、控制柜、水循環(huán)系統(tǒng)、接線柜等幾部分組成。
該項目結(jié)合脈沖發(fā)電機組的工況特性，融入了全數(shù)字矢量控制、IGBT并聯(lián)設(shè)計、疊層母排技術(shù)、單元制動功能、水冷散熱方式等多項高端技術(shù)。
設(shè)備具備如下優(yōu)勢：
1.全數(shù)字矢量控制，系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；電流環(huán)采用PI調(diào)節(jié)器，實現(xiàn)簡單，并能獲得較好的電流跟蹤性能。速度環(huán)采用PI調(diào)節(jié)器，能有效地限制動態(tài)響應的超調(diào)量，加快響應速度。
2.IGBT并聯(lián)設(shè)計，采用了選進的并聯(lián)均流技術(shù)，有效提高了電流密度，具有均勻熱分布、靈活布局以及較高電氣性能等優(yōu)勢。
3.疊層母排技術(shù)，以更低的電壓降實現(xiàn)高電流承載能力，容易散熱冷卻, 溫升更小，可有效減少內(nèi)部雜散電感減少內(nèi)部寄生電感；降低尖峰電壓，保護IGBT。
4.單元制動功能，有效解決變頻器在減速運行或者對電機進行制動時，因電機反饋給變頻器能量引起的單元母線過壓問題。
5.全封閉式水循環(huán)散熱方式，提高了散熱效率，變頻器溫升小，溫度恒定，有利于設(shè)備穩(wěn)定運行；體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)更緊湊。
1、HIVERT-Y系列變頻裝置主電路圖
1.1、一次回路及保護
HIVERT系列高壓水冷變頻器采用交-直-交直接高壓（高-高）方式，主電路開關(guān)元件為IGBT，功率單元采用串聯(lián)，疊波升壓，充分利用高壓變頻器的成熟技術(shù)，具有很高的可靠性。 隔離變壓器為三相干式整流變壓器，風水冷。變壓器原邊輸入可為任意電壓，Y接；副邊繞組數(shù)量依變頻器電壓等級及結(jié)構(gòu)而定，6kV系列為18個，延邊三角形接法，為每個功率單元提供三相電源輸入。為了最大限度抑制輸入側(cè)諧波含量，同一相的副邊繞組通過延邊三角形接法移相，繞組間的相位差由下式計算：
移相角度 = 60?/ 每相單元數(shù)量
由于為功率單元提供電源的變壓器副邊繞組間有一定的相位差，從而消除了大部分由單個功率單元所引起的諧波電流，所以HIVERT變頻器輸入電流的總諧波含量（THD）遠小于國家標準5%的要求，并且能保持接近1的輸入功率因數(shù)。三相輸出Y接，得到驅(qū)動電機所需的可變頻三相高壓電源。右圖為6kV（六單元）、變頻器系列的電壓疊加示意圖。
右圖為六個690VAC功率單元串聯(lián)時，每個功率單元輸出的電壓波形及其串聯(lián)后輸出的相電壓波形示意圖，可以得到6～0～-6共13個不同的電壓等級。增加電壓等級的同時，每個等級的電壓值大為降低，從而減小了dv/dt對電機絕緣的破壞，并大大削弱了輸出電壓的諧波含量。
5.png6.png
1.2、二次回路及控制
控制系統(tǒng)由控制器，IO板和人機界面組成?？刂破饔扇龎K光纖板，一塊信號板，一塊主控板和一塊電源板組成。各部分之間的聯(lián)系如下圖HIVERT變頻器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖所示。
2、變壓器柜
高壓水冷變頻器采用干式移相隔離變壓器。絕緣等級為H級。額定容量為12500kVA。綜合考慮現(xiàn)場實際情況、投資、運營、可靠性及維護成本，采用風-水冷卻系統(tǒng)方案。
風路循環(huán)為：冷卻變頻器后的熱空氣由風機從柜頂導出，通過風道循環(huán)至換熱器，換熱器中通有冷卻水，從而使空氣得以冷卻降溫，冷卻降溫后的空氣再次進入變頻器對變頻器進行冷卻，如此進行循環(huán)冷卻。
水路循環(huán)為：溫度較低的冷卻水由換熱器下部進入換熱器，與循環(huán)空氣換熱后，由換熱器上部流出。被加熱后的冷卻水流至冷卻塔等冷卻設(shè)備進行冷卻，經(jīng)冷卻降溫的冷卻水經(jīng)水泵再次進入換熱器對循環(huán)空氣進行冷卻，如此循環(huán)。
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3、功率單元柜
6kV變頻器每相6個功率單元串聯(lián)，單元采用前側(cè)排列方式。從右往左排列，如A相從右到左分別為A1、A2、A3、A4、A5、A6（如下圖（左）所示）。同相的6個單元由銅排或電纜串聯(lián)并且三相的第一個單元短接成Y接中心點，三相的第六個單元即為變頻器的三相高壓輸出。功率單元額定電壓690V，變頻器的額定輸入/輸出電壓為6kV。正面右側(cè)為二次控制室，安裝有控制器、電源開關(guān)等，用戶二次接線端子也布置在控制室內(nèi)。功率單元采用水冷設(shè)計，安裝在導軌上，由兩個M8的螺釘與導軌固定。單元柜后側(cè)為水循環(huán)管路（如下圖（右）所示），把功率單元內(nèi)產(chǎn)生的熱量帶到水-水熱交換器，由外水循環(huán)系統(tǒng)將內(nèi)水熱量帶走。柜門內(nèi)側(cè)裝有行程開關(guān)，用于柜門連鎖，柜門打開時將發(fā)出告警。
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3.1、單元柜水冷循環(huán)系統(tǒng)
水冷分內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩部分。內(nèi)循環(huán)部分，變頻器功率單元采用水冷板散熱，去離子水通過管道進入水冷板，將IGBT等功率元件熱量傳遞給去離子水后，由去離子水帶走，進入水-水熱交換器，水-水熱交換器通過和外循環(huán)水換熱，把熱量由外循環(huán)水帶走，冷水進入單元水冷板繼續(xù)循環(huán)。內(nèi)水循環(huán)裝置如右圖所示。
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4、上位控制系統(tǒng)
?變頻器與PLC控制系統(tǒng)通訊：變頻器與PLC控制系統(tǒng)之間物理通訊為485通訊，通訊協(xié)議為Modbus/RTU協(xié)議，可選Profibus協(xié)議。
?自動控制系統(tǒng)：設(shè)備監(jiān)控核心采用西門子S7系列可編程控制器，結(jié)合現(xiàn)場傳感器和設(shè)備控制接口實現(xiàn)電機及附屬設(shè)備的邏輯控制和運行狀態(tài)、參數(shù)的實時在線監(jiān)測，并采用PLC冗余系統(tǒng)，自動切換。PLC系統(tǒng)實時采集高壓變頻器的運行狀態(tài)，并實時控制變頻器運行。
?在線監(jiān)控系統(tǒng)：采用大屏幕真彩液晶顯示器；按照雙機冗余互為備用模式設(shè)計，置專業(yè)工業(yè)控制組態(tài)軟件實時顯示運行工況參數(shù)，動態(tài)顯示工藝流程圖形和設(shè)備運行狀態(tài)。
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三、項目進展
2014年4月29日，核工業(yè)西南物理研究院供電所李華俊書記，聚變所王海兵高級工程師蒞臨合康變頻進行參觀指導，與合康變頻各位專家就中國環(huán)流器二號（HL-2M）項目高壓水冷變頻調(diào)速裝置進行了技術(shù)交流。針對有速度傳感矢量控制原理與實現(xiàn)、系統(tǒng)控制流程（恒流啟動加速、轉(zhuǎn)速保持等待、脈沖放電轉(zhuǎn)速跟蹤、系統(tǒng)再加速）與控制方式、啟動與運行過程保護與聯(lián)鎖、水冷功率單元技術(shù)特性與性能指標、電氣控制系統(tǒng)原理與可靠性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計等幾方面的內(nèi)容進行了討論。兩位專家還參觀了公司單元組裝、整機裝配、產(chǎn)品測試等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
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2014年10月6日，核工業(yè)西南物理研究院宣偉民、李華俊、胡浩天、王海兵、徐麗榮等五位專家蒞臨合康變頻，對合康6kV/10000kW高壓水冷變頻調(diào)速系統(tǒng)進行設(shè)備出廠性能驗收實驗。 核工業(yè)西南物理研究院專家對HIVERT-Y6/1200（6kV/10000kW）高壓水冷變頻調(diào)速系統(tǒng)予以了充分肯定。
此項目將于近期發(fā)貨并安裝調(diào)試，目前在國內(nèi)高壓水冷變頻調(diào)速系統(tǒng)在磁約束核聚變實驗裝置脈沖發(fā)電機組的應用尚屬首例；合康變頻將全力以赴，努力為祖國的科研事業(yè)盡綿薄之力。
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