TMEIC系列變頻器在首鋼京唐2250的應用

張曉愛

摘 要：本文主要介紹了TMEIC系列變頻器在首鋼京唐2250熱軋生產線的應用，對現場實際配置進行了簡要介紹，主要闡述了整流器及逆變器的工作原理，并針對幾種常見的故障進行了簡要分析并提出了解決方向。

關鍵詞：整流器；逆變器；故障分析

中圖分類號：TG43 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）10-0021-02

首鋼京唐2250熱軋生產線傳動設備主要采用日本TMEIC公司的產品。系統采用矢量控制，高精度的動態響應、穩態精度，且運行平穩、維護方便，達到了完美的控制效果。

1 現場傳動設備

TMEIC傳動系統大體可分為TMdrive_70，TMdrive_50和TMdrive_10系列。其中粗軋機和精軋機采用TMdrive_70系列，定寬機和卷取機采用TMdrive_50系列，輔傳動采用TMdrive_10系列。

1.1 TMdrive-70

TMdrive-70系列，整流器和逆變器均是IEGT為功率元件的3電平IEGT PWM全數字矢量控制，主回路電源由35kV/3550V的整流變壓器供電，柜內采用帶熱交換器的純水裝置進行冷卻。現場TMdrive-70主要有以下幾種配置：第1種配置為單套整流-單或多套逆變器用于同步電機傳動，轉子勵磁回路由晶閘管整流裝置供電，同步電機定子繞組采用單繞組或雙繞組方式。第2種配置為單套整流-逆變器用于異步電機傳動，異步電機定子繞組一般采用單繞組方式。

1.2 TMdrive-50

TMdrive-50系列，整流器和逆變器均是IGBT為功率元件的3電平IGBT PWM全數字矢量控制，裝置由35KV/3550V的整流變壓器供電，柜內由帶熱交換器的純水裝置進行冷卻。現場TMdrive-50一般配置為：單套整流-多套逆變器并聯用于大型異步電機傳動；單套整流-多套逆變器分別驅動多個小型異步電機。

1.3 TMdrive-10

TMdrive-10用于輔傳動，整流器采用晶閘管或IGBT作為功率元件，逆變器采用2電平IGBT PWM全數字矢量控制，裝置由35KV/1040V或10KV/400V的整流變壓器供電，采用內置的冷卻風扇進行冷卻。現場TMdrive-10配置為一套整流器帶多組逆變器，逆變器又分為單個柜體式和多級抽屜式兩種。根據工藝以生產要求，逆變器可單獨或并聯使用，驅動一個或一組電機旋轉。

2 控制原理

TMEIC系列變頻器控制方式主要是矢量控制，基本思路是模仿直流電機的控制方法，采用矢量坐標變換來實現對交流電機定子勵磁電流分量和轉矩電流分量的解耦控制，保持電機磁通的恒定，達到良好的轉矩控制性能，實現高性能控制。

2.1 整流器控制電路原理

如圖1所示。電壓參考信號V_R和電壓反饋信號VDC_F，兩者之間的偏差經過比例/積分控制器、限幅和濾波處理后，輸出系統控制電源的電流（IQ_R）。IQ_R在電流控制環節中分解為有功電流和無功電流，在D-Q坐標上作為直流量來處理，實現高性能控制。IQ控制：有效電流參考值用作IQ參考值，IQ參考值和IQ反饋信號輸入并經過比例/積分處理輸出EQ參考值。ID控制：電源的無功電流用作ID參考值，這個ID參考值和ID反饋信號輸入經過比例/積分處理輸出ED參考值。

在電壓參考環節，還需要確定同步電源回路與主回路的相位差CNV-QO，由EQ_R、ED_R和CNV-QO可計算出三相電壓參考，作用于脈寬調制控制電路。PWM控制部分輸出門極脈沖信號，這些脈沖信號加在門極驅動板上，觸發IEGT等功率元件導通或關斷。

2.2 逆變器控制電路原理

如圖2所示。速度編碼器檢測電機旋轉角度或位置，并將檢測到的信號SP_F反饋到速度給定環節。速度參考信號SP_R和反饋信號SP_F，兩者之間的偏差經過比例/積分控制器、速度濾波和轉矩限幅處理后輸出最終的轉矩參考信號T_R，也可分為兩部分。轉矩部分IQ控制：轉矩參考值作為輸入并除以磁通量來獲得的一個IQ參考值，這個IQ參考值和IQ反饋信號通過比例積分輸出，可最終獲得EQ參考值。磁通部分ID控制：通過速度參考值可獲得磁通量參考值，ID參考值相對應于磁通量，這個ID參考值和ID反饋信號通過比例積分輸出，可最終獲得ED參考值。

電流控制結果EQ_R、ED_R和磁通位置角作為輸入，可計算輸出三相電壓參考，作用于脈寬調制控制電路。PWM 控制部分輸出門極脈沖信號，這個信號加在門極驅動板上，GDM板放大此信號，促使IEGT等功率元件導通或關斷。

3 故障及處理

3.1 電流保護

主要有逆變器輸出過電流OCA、IEGT誤動作導致過電流OCD、5分鐘和20分鐘過載檢測報警OL5和OL20等。線纜絕緣等級降低、電機相間短接或對地短接，某一時刻負載過大都可能導致此類故障發生。

3.2 電壓保護

主要有直流過電壓OVP、OVN，直流欠電壓UVP、UVN，控制電壓欠電壓UVA等。處理時可測量進線電壓是否符合要求，也可能由柜內電路板損壞造成。

3.3 電機轉速保護（逆變器設備）

主要有電機轉速超過預設的超速OSS、輸出頻率超過預設的超頻OSS_FO、速度編碼器檢測錯誤SP_ERR等。發生此類故障時主要是現場編碼器有問題或線路損壞，也不排除柜內電路板或排線損壞的原因。

3.4 控制電路和電源檢測錯誤

主要有同步電源丟失檢測故障PLLPSF、相位熔斷器熔斷F_P和F_N、輸出電流接觸器打開故障ACSW、傳輸錯誤TL_F1～TL_F4等。供電電源幅值或相位不正常、瞬間電流電壓過大燒毀擊穿二極管或功率元件、接觸器線路異常、通訊板卡損壞或掉電、傳輸光纖折斷或污損等情況都有可能導致這些故障發生。

4 結語

在熱軋生產線中，TMEIC變頻器的高穩態精度、快速動態響應、低故障率、低維護成本等，使得TMEIC在鋼軋技術領域有著廣泛的應用。

參考文獻

[1]IEGT Inverter， IEGT Converter，TMdrive-70， TMdrive-P70，Instruction Manual. 2008.06.