交—交變頻器在包鋼寬厚板軋機主傳動中的應(yīng)用

崔桂梅　楊叢軍

摘要：文章針對包鋼寬厚板軋機主傳動運行生產(chǎn)的需要，對軋機軋輥傳動交-交變頻器進行深入的消化和吸收，并改善運行參數(shù)，從而達到適應(yīng)生產(chǎn)實際需要；通過對SIEMENS交-交變頻器矢量控制進行研究，優(yōu)化了磁通角的計算方法、軋機上下軋輥的負(fù)荷平衡控制方式等，穩(wěn)定了主傳動系統(tǒng)安全連續(xù)生產(chǎn)，對企業(yè)的意義重大。

關(guān)鍵詞：交-交變頻器；包鋼寬厚板軋機；主傳動；矢量控制；磁通角 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TG333 文章編號：1009-2374（2015）16-0050-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.024

1 概述

大功率交-交變頻調(diào)速控制技術(shù)是20世紀(jì)70～80年代發(fā)展起來的新技術(shù)，已經(jīng)取代傳統(tǒng)的大功率直流調(diào)速。我國已引進多套大功率交-交變頻調(diào)速裝置，同時也自行開發(fā)這類裝置，但是很多控制系統(tǒng)還是采用外方設(shè)計裝置和編程理念。

包鋼寬厚板生產(chǎn)線于2007年投入生產(chǎn)，其中軋機軋輥傳動采用SIEMENS公司交-交變頻器。由于外方在傳動系統(tǒng)控制應(yīng)用技術(shù)上采用程序塊封裝模式，因此當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)運行故障時，很難進行解決。

由于我國對交-交變頻實際應(yīng)用研究資料較少，因此在處理現(xiàn)場事故上，難度較大。軋機主傳動設(shè)備是軋機生產(chǎn)線最重要的設(shè)備之一，它的穩(wěn)定、安全、連續(xù)生產(chǎn)對企業(yè)的意義非常大，因此對其控制系統(tǒng)交-交變頻器進行剖析和研究非常有必要。

2 包鋼寬厚板交-交變頻器系統(tǒng)的組成

2.1 主回路系統(tǒng)介紹

包鋼4100mm寬厚板生產(chǎn)線軋機主傳動系統(tǒng)是由SIEMENS公司提供的全數(shù)字化交-交變頻系統(tǒng)及上海電機廠提供的同步電動機組成。

如圖1所示，寬厚板軋機主傳動每臺三相變頻器由1臺3×3800kVA、35kV/3×3800kV三分裂變壓器供電；三相輸出的交-交變頻器由三套輸出電壓彼此差120度的單相輸出交-交變頻器采用Y聯(lián)結(jié)組成。單相變頻器由正、反兩組可控整流橋組成，采用無環(huán)流控制方式，三相共有12×3個可控硅。輸出Y聯(lián)結(jié)方式的三套單相輸出交-交變頻器的三個輸出端Y聯(lián)結(jié)，電動機繞組不必拆開，引出三根線，變頻器中點不與電動機繞組中點接在一起，這時變頻器的50Hz電源進線必須相互隔離。由于主傳動電機為同步電動機，因此有專門的勵磁控制回路去控制轉(zhuǎn)子繞組電流。轉(zhuǎn)子繞組電流由1臺SIEMENS公司6RA70裝置控制，它接收勵磁電流給定信號由SIMADYN-D系統(tǒng)計算產(chǎn)生。

2.2 控制系統(tǒng)介紹

寬厚板主傳動控制系統(tǒng)的硬件配置主要由21槽的TDC系統(tǒng)和24槽的SIMADYN-D系統(tǒng)組成。每個軋機的上下輥兩套交-交變頻器共用一套TDC系統(tǒng)，安裝在上輥交-交變頻器控制柜中，TDC系統(tǒng)采用高速速據(jù)傳輸?shù)腉DM網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)分別與上一級自動化系統(tǒng)和基礎(chǔ)控制單元SIMADYN-D系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸。

TDC系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)與上一級系統(tǒng)通訊、與傳動控制相關(guān)的工藝控制、每個軋機上下輥的速度控制及上下輥負(fù)荷平衡控制等。

SIMADYN-D控制系統(tǒng)又稱基礎(chǔ)控制單元，每個軋機的上下輥兩套交-交變頻器各有一套SIMADYN-D系統(tǒng)，它通過Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)接收由TDC系統(tǒng)發(fā)出的控制和轉(zhuǎn)矩指令，并將變頻器的狀態(tài)信號傳給TDC系統(tǒng)。SIMADYN-D系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)與功率單元接口、矢量及電流控制、跳閘邏輯等。

3 交-交變頻器系統(tǒng)矢量控制分析

SIEMENS電流控制型變頻器通過SIMADYN-D系統(tǒng)軟件STRUC G完成各項控制功能，圖3為交-交變頻器矢量控制框圖。

由圖3可以看出，系統(tǒng)先是通過坐標(biāo)變換即3/2變換，把3相電流電壓矢量由A-B-C坐標(biāo)系中的3相交流矢量（）轉(zhuǎn)換成α-β坐標(biāo)系中的直流矢量（β），再由矢量回轉(zhuǎn)器把α-β坐標(biāo)系變換到φ1-φ2坐標(biāo)系（直流矢量為），其中兩個直角坐標(biāo)系之間的變換需要的θ角，由電壓模型和電流模型計算提供，電機勵磁電流由電流模型計算給定，通過對定子電流磁化分量的調(diào)節(jié)達到控制電機功率因數(shù)的目的，通過對定子電流轉(zhuǎn)矩分量的調(diào)節(jié)達到控制電機轉(zhuǎn)速的目的。最后再通過一系列坐標(biāo)變換，把調(diào)節(jié)后的直流矢量變成送給電機的3相交流矢量，通過對直流矢量的調(diào)節(jié)來控制3相交流矢量，達到控制同步電動機的目的。

軋機主傳動交-交變頻器控制主要包括：（1）定子偏移角的設(shè)定；（2）電流模型計算；（3）電壓模型計算；（4）選擇磁通角計算公式；（5）轉(zhuǎn)子初始角計算；（6）同步電動機功率因數(shù)控制；（7）磁通調(diào)節(jié)及弱磁控制；（8）電流斷續(xù)補償控制；（9）直流電流調(diào)節(jié)器控制；（10）電壓前饋補償控制；（11）包鋼寬板軋機主傳系統(tǒng)DSG操作模式控制；（12）軋機上下軋輥的負(fù)荷平衡控制。

4 結(jié)語

通過對包鋼寬厚板軋機主傳動交-交變頻器研究及運行參數(shù)優(yōu)化，解決了生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的電機過電壓、變頻器在送電過程中電機自行轉(zhuǎn)動且劇烈震動等故障，保證了設(shè)備的運行穩(wěn)定，為工藝穩(wěn)定生產(chǎn)和新產(chǎn)品開發(fā)創(chuàng)造了條件。

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（責(zé)任編輯：秦遜玉）