VA4系列定制型制动电阻柜配套3.3KV高压变频器的应用案例

随着变频技术的不断发展，变频器在生产和生活中得到越来越广泛的应用，与此同时高压变频技术的应用也得到了飞速发展，尤其在价格门槛逐渐降低的趋势下，也为高压变频器的大规模推广应用创造了良好条件。

高压变频器通常指用于驱动1kV以上交流电动机的中、大容量变频器。国内常见有3KV、6KV、10KV三个标准电压，国外常见有3.3 kV、6.6 kV、11kV、4.16 kV(北美洲)四个标准电压，时代嘉盈为了适应市场不断增长的需求，结合矿山机械行业特点，设计开发出VA4系列某定制型制动电阻柜配套用于矿井螺旋钻进式采煤机中1600KW/3.3KV高压变频器，取得了较好的效果。

在煤炭和矿山行业中，由于资源的持续开采，国内外许多矿井已经进入枯竭期。因此，如何延长这些矿井的寿命，提高煤炭和各类矿产资源的利用率，有着深远的经济效益和社会意义。

矿山机械在生产过程中经常面临开采设备持续运行，保证长期工作不停车需求，因此在变频器性能上也要求满足起动转矩大，保证频繁急加速、急减速等特殊工况，时代嘉盈合作单位——河南某矿山机械设备制造商在推出用于矿井螺旋钻进式采煤机中1600KW/3.3KV高压变频器的同时，要求我公司结合该型号变频器参数和性能特点，提供一套与之配套的制动电阻柜，并预留远程通信接口，方便用户进行信号控制与数据采集。

公司研发人员在接到合作任务之后，分析该高压变频器参数特点：该变频器采用18脉波移相整流的移相变压器，实现电网侧无谐波干扰。拓扑结构上采用多电平功率单元串联技术，输出13电平，正弦度高，du/dt小，电缆和电机绝缘性好，变频器移相变压器和功率单元均采用水冷散热方式。

图1 钻机变频系统主回路拓扑结构

如图所示为钻机变频系统主回路拓扑结构。其中，移相变压器使用18脉波移相整流技术，实现电网侧无谐波干扰，为高效率变压器;同时，将11 kV高压变换为9组690 V低压，为9个功率单元独立供电，各组690 V间使用整流移相技术，起到降压、隔离及消谐波作用。

由于钻机变频器腔体内的水冷系统为内水循环系统，由主泵、管路、传感器及以PLC为核心的电控系统组成。内水循环将热量带到水-水换热器，再由外水将热量交换到腔体外部，从而达到散热目的。控制温升是保证变频器正常运行的关键。经过充分的数据分析、比较和论证，我公司决定采用定制开发一套与之匹配的水冷型电阻柜方案，并对整个水冷系统水温进行实时数据采集，统一监控，结合远程通信，保证系统运行的可靠性和稳定性。

时代嘉盈定制开发的VA4 系列800KW高压变频器制动电阻柜在完成设计定制后，经过综合测试，获得如下数据：

1、电抗器试验

钻机系统的特殊工况要求变频器与电机的起动转矩为额定转矩的3倍，且需频繁起动。因此，首先对变频器进行3倍过流试验。变频器输出接三相电抗器作为负载，通过变频器V/f分离控制，变频器输出频率固定为50 Hz，逐渐增加变频器输出电压，直至输出电流达到900 A。变频器输出电压、电流波形如图2、图3所示。

图2 变频器输出线电压Uab(试验PT低压侧)波形

图3 变频器输出3倍额定电流Ia、Ib、Ic波形

2、电机试验

加载试验平台采用2×2 000 kW同轴异步机组，加载设备为高压四象限变频器，可将能量回馈至电网。四象限变频器参数如表1所示。异步电机参数如表2所示。

表1 四象限变频器参数

表2 异步电机参数

将变频器的运行方式改为矢量控制模式。因为试验条件受变频器输出电压和电机额定电流限制，所以最终变频器输出电压为3.3 kV，输出电流为240 A。如图4所示,变频器拖动电机运行的电流波形平稳、波动小。

图4 变频器矢量控制拖动电机运行电流波形

仿真和试验表明，该变频器制动电阻柜完全符合变频器输入输出谐波含量低、控制系统灵活、损耗低、可靠性高等优点。与传统产品相比，制动和回馈系统还有几个方面的创新：

(1)根据输出电压和电流数据调整加载;

(2)法兰拼接式IP56防护等级;

(3)大幅度缩减制动和启动时间间隔。

公司研发的螺旋钻机用变频器制动电阻柜为配套该公司首台IP56结构变频器，既能作为今后定制类特种负载柜市场的技术储备，又为更多特种产品开发及应用积累了宝贵的经验。当前中国正处于高端制造业核心竞争力提升、从工业大国向工业强国转变的重要时期，该类产品的研发配套也确实有着重要的经济和社会意义。

北京时代嘉盈科技公司产品主要服务于军工、航天、铁路、船舶、新能源汽车、电源、光伏、风电、核电、电子等诸多行业。是一家自主研发与生产各类大功率负载和新型功率型器件的厂家，公司拥有PMI项目认证团队和个性化定制开发服务经验，使产品和服务已成功应用于中船重工、武汉航空仪表、沈阳中科院、福田汽车、阳光电源、景德镇直升机等重大项目。