1. مقدمه
کوپلینگ های هیدرولیک اجزای اصلی انتقال در تولید برق، متالورژی و تجهیزات سنگین سنگین هستند. انتقال گشتاور، مشخصات سرعت و ظرفیت باربری نهایی آنها مستقیماً قابلیت اطمینان عملیاتی قطارهای کامل را تعیین می کند.
میزهای آزمایش کوپلینگ سنتی عموماً از دینامومترهای جریان گردابی آب یا طرحهای بار مصرفکننده انرژی مقاومتی استفاده میکنند که سه نقص عمده دارند . اول، تمام انرژی الکتریکی در کل فرآیند آزمایش به گرما تبدیل می شود. یک آزمایش با بار کامل با ظرفیت زیاد، مقدار زیادی الکتریسیته مصرف میکند که منجر به هزینههای عملیاتی آزمایشی طولانیمدت میشود. دوم، خطی بودن تنظیم گشتاور مقاومتی ضعیف است، و دقت کنترل گشتاور در محدوده سرعت پایین کافی نیست، و بهدست آوردن دقیق منحنیهای مشخصه گشتاور-سرعت در زیر دهانههای مختلف لوله اسکوپ غیرممکن است. ثالثاً، تجهیزات دینامومتر با سیستمهای خنککننده پیچیده حجیم هستند و نیاز به عملیات و تعمیرات گسترده دارند و پاسخگویی به تقاضا برای بارگذاری مداوم در یک محدوده سرعت گسترده دشوار است.
برای رسیدگی به این مسائل، میز آزمایش کوپلینگ جدید در این پروژه از معماری بازیابی انرژی حلقه بسته دو موتوره استفاده می کند . میز تست مجهز به دو موتور ناهمزمان با ولتاژ متوسط 8200 کیلووات است. یک طرف توسط یک درایو ولتاژ متوسط دو ربع به عنوان منبع برق ورودی تغذیه می شود. طرف دیگر مجهز به یک درایو ولتاژ متوسط بارگذاری چهار ربعی به عنوان یک بار قابل کنترل است.
Nancal Electric درایو ولتاژ متوسط چهار ربع را برای این پروژه تامین کرد. طرف شبکه یک یکسوساز IGBT کاملاً کنترل شده را برای دستیابی به جریان انرژی دو طرفه اتخاذ می کند. سمت بار می تواند در حالت موتور یا در حالت تولید عمل کند و انرژی را به شبکه برگرداند. درایو الزامات شرایط مختلف آزمایش را برآورده می کند و چالش های صنعت میزهای آزمایش سنتی، از جمله مصرف انرژی بالا، دقت کنترل ناکافی، و پوشش ناقص شرایط عملیاتی را حل می کند.
شکل 1: محل تست کوپلینگ هیدرولیک
2. راه حل سیستم
همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، QF11 کلید ورودی درایو ولتاژ متوسط سمت درایو و QF21 کلید ورودی درایو ولتاژ متوسط سمت بار است. سمت بار مجهز به یک موتور ناهمزمان ولتاژ متوسط 8200 کیلووات است که از طریق جعبه دنده به انتهای خروجی کوپلینگ آزمایش شده متصل است. یک موتور با همان مشخصات در سمت درایو از طریق کوپلینگ متصل می شود. این دو موتور یک سیستم حلقه بسته پشت به پشت را تشکیل می دهند.
درایو ولتاژ متوسط Nancal Electric از پنج قسمت تشکیل شده است: کابینت پیش شارژ، کابینت ترانسفورماتور تغییر فاز، کابینت سلول قدرت، کابینت کنترل و کابینت خروجی که در کنار هم قرار گرفته اند تا مطابق با چیدمان داخلی باشند. این سیستم از یک توپولوژی چهار ربعی چند سطحی سری سلولی استفاده می کند که 8 سلول قدرت به صورت سری در هر فاز متصل می شوند و ولتاژ فاز خروجی 17 سطح و ولتاژ خط 33 سطح را تولید می کنند. توپولوژی یکسو کننده دو طرفه IGBT جریان انرژی دو طرفه را امکان پذیر می کند.
در شرایط موتور موتور، شبکه انرژی الکتریکی موتور را تامین می کند. در شرایط تولید، انرژی الکتریکی از موتور بار از طریق سلول های قدرت و ترانسفورماتور تغییر فاز به شینه فشار متوسط برگشت داده می شود و به یک چرخه انرژی حلقه بسته دست می یابد.
شکل 2: نمودار تک خطی
میز تست در دو حالت کار می کند: شرایط بدون بار غیر کوپله و شرایط بارگذاری پشت سر هم، برآورده کردن شرایط بازرسی کارخانه و آزمایش نوع:
① وضعیت بدون بار غیر کوپله (سرعت بیش از حد و غیره)
موتور بار کاملاً از کوپلینگ جدا شده است. فقط درایو دو ربعی در سمت درایو کار می کند و تأیید اولیه مانند چرخش بیش از حد سرعت کوپلینگ را تکمیل می کند.
② شرایط بارگذاری پشت سر هم (آزمایش های بارگذاری شده و بار کامل)
موتور محرک کوپلینگ را به حرکت در می آورد. کوپلینگ موتور بار را از طریق گیربکس به حرکت در می آورد. موتور بار وارد حالت تولید می شود و درایو چهار ربعی انرژی تولید شده را جذب کرده و آن را به شبکه تغذیه می کند. در همان زمان، گشتاور مقاومت معکوس را در حالت حلقه بسته گشتاور برای شبیهسازی بار کاری واقعی کوپلینگ، انجام تأیید ظرفیت باربری نهایی، راندمان، تولید گرما و سایر پارامترها تولید میکند.
3. مزایای عملکرد درایوهای ولتاژ متوسط چهار ربعی Nancal Electric
3.1 عملکرد کلیدی
① طراحی بهینه برای کیفیت برق
سمت شبکه از اصلاح تغییر فاز 48 پالس استفاده می کند. اعوجاج هارمونیک کل (THD) جریان ورودی کمتر از 2% است، به طور کامل با استانداردهای هارمونیک شبکه IEEE 519 و GB/T 14549 مطابقت دارد. ضریب توان ورودی > 0.95 در محدوده بار 30٪ تا 100٪ است. خروجی du/dt کمتر از 1000 V/μs است که نیاز به فیلتر خروجی ولتاژ متوسط اضافی را از بین می برد.
② پلت فرم کنترل
درایو از یک سیستم کنترل اصلی یکپارچه سه هسته ای DSP+FPGA+ARM با کنترل بردار سنسور سرعت رمزگذار نوری استفاده می کند. پاسخ حلقه بسته گشتاور سریع است و الزامات بارگذاری دینامیکی و تنظیم دقیق گشتاور را در طول آزمایشهای نوع کوپلینگ در محدوده تنظیم سرعت برآورده میکند.
③ قابلیت اطمینان و ظرفیت اضافه بار
این درایو دارای 120 درصد ظرفیت اضافه بار جریان نامی برای 1 دقیقه است که برای آزمایش های بارگذاری ضربه کوتاه مدت مناسب است.
④ سیستم حفاظتی جامع
درایو حفاظت از سطح سلول قدرت (اضافه ولتاژ، ولتاژ کم، خطای IGBT، دمای بیش از حد سلول، قطع ارتباط)، حفاظت در سطح ترانسفورماتور (دما بیش از حد، اتصال کوتاه ثانویه) و حفاظت از سمت موتور (اضافه بار، سرعت بیش از حد) را ارائه می دهد. همچنین اینترلاک های ایمنی مانند قفل درب کابینت با ولتاژ متوسط، توقف اضطراری و خرابی قبل از شارژ را یکپارچه می کند.
3.2 مزایا در مقایسه با راه حل های تست سنتی
① مزایای برجسته صرفه جویی در انرژی
معماری بازخورد انرژی حلقه بسته به بیشتر انرژی الکتریکی اجازه می دهد تا در شرایط بار کامل در سیستم گردش کند. شبکه فقط تلفات سیستم (ترانسفورماتور، فن، سلول و غیره) را تکمیل می کند. در مقایسه با دینامومتر جریان گردابی آب، که تمام انرژی را در بار کامل مصرف می کند، الکتریسیته ذخیره شده در یک آزمایش بار کامل قابل توجه است و آزمایش طولانی مدت می تواند هزینه های برق را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.
② بارگیری دقیق در محدوده سرعت کامل
کنترل مستقل حلقه بسته گشتاور تحت تأثیر سرعت موتور قرار نمی گیرد. این به صورت خطی در سراسر محدوده سرعت کامل قابل تنظیم است و می تواند به طور پایدار طیف وسیعی از گشتاور مقاومت را تولید کند. این به طور دقیق منحنی های عملکرد جفت را بدست می آورد و الزامات دقیق آزمایش شخص ثالث را برآورده می کند.
③ عملیات و نگهداری ساده، ردپای بهینه شده
سلولهای برقی از نوع کشوی مدولار مجهز به چرخ دستیهای جایگزین سلولی هستند که امکان تعویض سریع سلولهای معیوب را فراهم میکنند. کابینت ها دارای پیش شارژ ولتاژ متوسط، ترانسفورماتور تغییر فاز، سلول های قدرت و سیستم کنترل هستند. خنک کننده هوا نیاز به یک استخر آب خنک کننده اضافی یا سیستم گردش آب را از بین می برد و در نتیجه استفاده از فضای کارخانه زیاد است.
شکل 3: اتاق محرک ولتاژ متوسط چهار ربعی
4. کاربرد پروژه و ارزش ارتقاء
پس از راهاندازی، میز آزمایش آزمایشهای نوع را برای کوپلینگهای هیدرولیک انرژی هستهای با قدرت بالا تکمیل کرده است، و یک راهحل آزمایشی پشت سر هم استاندارد شده کلاس مگاوات را تشکیل میدهد. در مقایسه با جریان گردابی آب و تجهیزات دینامومتر مصرف کننده انرژی مقاومتی، دو مزیت اصلی صرفه جویی در انرژی و دقت بالا در سناریوهای تست توان بالا را با هم ترکیب می کند . این برای بازرسی کارخانه و آزمایش نوع قطعات مختلف انتقال سنگین در زمینه های انرژی حرارتی، معدن، دریایی و هسته ای مناسب است .
توپولوژی درایو ولتاژ متوسط چهار ربعی سری سلولی چند سطحی که در این پروژه اتخاذ شده است، تطبیق پذیری بالایی دارد . علاوه بر میزهای تست کوپلینگ، میتوان آن را به تست عملکرد پشت سر هم موتور، پلت فرمهای تست احیاکننده نیروگاههای قدرت بالا و سایر کاربردها گسترش داد..
5. نتیجه گیری
درایو ولتاژ متوسط چهار ربعی Nancal Electric در پروژه میز تست کوپلینگ هیدرولیک با موفقیت راه اندازی شده است. بر اساس فنآوریهای اصلی مانند توپولوژی چند سطحی سری سلولی، کنترل برداری با عملکرد بالا و بازخورد انرژی، کاملاً الزامات سختگیرانه شرایط آزمایش پیچیده را برای محدوده سرعت گسترده، گشتاور بالا و بارگذاری با دقت بالا برآورده میکند . همچنین مزایای متعددی از جمله عملکرد پایدار، صرفه جویی در انرژی و بهره برداری و نگهداری راحت را ارائه می دهد.
از طراحی راه حل، ساخت تجهیزات، و راه اندازی در محل تا خدمات چرخه حیات کامل، پروژه یک حلقه بسته کامل را تشکیل می دهد. این قابلیت اطمینان و ماهیت پیشرفته درایوهای ولتاژ متوسط چهار ربع محلی را در زمینه تجهیزات تست صنعتی با قدرت بالا تأیید می کند و یک نمونه مهندسی عالی برای بومی سازی و ارتقا سبز میزهای آزمایش داخلی برای آزمایش عملکرد اجزای انتقال بزرگ ارائه می دهد.