軋鋼系統自動控制技術分析

邊 軍

(大連弘達電氣股份有限公司， 遼寧 大連 116023)

引 言

鋼鐵行業有很多要求調速的生產機械，對電氣控制系統有嚴格要求，如調速范圍、靜差度、動態響應、恒張力等。過去，由于交流電動機控制系統不能滿足這些要求，因此直流電動機一直占據主要地位。但是，直流電動機有很多難以克服的缺點，如換向器與電刷需定期檢查、調整與更換，電刷與整流子之間經常會產生火花，直流電機體積大、質量重、轉動慣量大，制造大容量及高轉速的直流電動機比較困難等。而隨著電力電子技術和微電子技術的發展和應用，交流調速系統不僅克服了直流調速系統的缺點，還充分發揮了交流調速系統固有的優點，使其調速性能與直流調速性能完全一樣，甚至還優于直流調速系統，如飛輪力矩小、交流系統的過渡過程快、采用同步電動機時主回路功率因數高等。但是，從成本來看，交流調速一般比直流調速系統貴，所以，在選擇傳動方案時，宜進行細致的技術經濟比較后確定[1]。

雖然長期以來在調速領域里一直是直流傳動占統治地位，近些年隨著電力電子技術的發展，交流調速與直流調速相比，交流調速采用變頻裝置增加的成本已能由采用交流電動機而節約的成本所補償。采用矢量控制后，交流調速的性能也能做到和直流調速一樣，因此在許多直流調速的世襲領域里出現了以交流調速取代直流調速的趨勢[2]。

軋鋼機主傳動的特點是傳動系統功率大、過載能力強、動態響應快、力矩脈動小。由于軋鋼機對傳動系統的要求較高，所以長期以來一直采用直流傳動技術[3]。但是，直流電動機的結構上存在換向問題，有不少眾所周知的缺點及難以克服的難題，限制了直流傳動的發展。交流電動機能夠克服直流電動機的缺點，其結構簡單堅固、維護工作量小、效率高、動態性能好，單機容量可以突破直流電動機的功率、轉速極限，具有許多直流電動機無法比擬的優點。因此，采用交流傳動取代直流傳動一直是傳動技術的努力方向。自從1980年世界上第一臺交流變頻調速系統成功地用于軋鋼機主傳動以來，交流傳動技術在軋鋼機主傳動的應用得到了不斷的發展。目前，采用全數字控制的交流傳動調速系統性能己經大大超過直流傳動調速系統，交流傳動技術在新建的軋鋼機主傳動中已經成為主導技術[4]。

1 交、直流傳動的比較

交流傳動與直流傳動方式各有特點，現簡要進行比較[5]，如表1所示。

隨著軋鋼工藝向著節約能源，高精度，高質量，多品種發展，現代軋機傳動日益大型化。例如，熱連軋主傳動功率為7000～10000 kW，大型中厚板爐卷軋機傳動已達12000 kW，顯然交流電機具有優越性。

而對于交流電機的控制來說，又主要分為交-交變頻調速和交-直-交變頻調速系統，二者的特性如表2所示[6-7]。

表1 交流傳動與直流傳動的比較

表2 交-交變頻調速和交-直-交變頻調速的比較

通過表2可知，兩種交流變頻調速裝置各有優、缺點，如強調調速性能，交-直-交變頻裝置調速性能優于交-交變頻裝置。

2 應用分析

軋鋼設備按生產工藝大致分為棒材、高速線材軋機，中厚板軋機，熱連軋板卷軋機，冷連軋板卷軋機。據不完全統計，在最近幾年建設或改造的機組中，棒材、高速線材類軋機還是以直流傳動為主，如表3所示。

交、直流傳動技術在中國鋼鐵業的領頭羊——寶鋼公司的應用[8]，如表4所示。

表3 近年來建設的機組傳動類型

表4 寶鋼公司的機組傳動類型

可以看出，出于綜合考慮，國內用戶在建設新項目或設備改造時[9-10]，并非完全采用越新越好的策略，而是以性價比最高為導向，所以說國內直流傳動和交流傳動在目前乃至往后一個階段內，還處于你中有我、我中有你的交錯格局。

3 結束語

鋼鐵系統的軋機主傳動已普遍開始采用交流傳動裝置。為適應交流傳動而開發的交流變頻系統從C/C交流變頻到IGBT，GTO，GCT，IEGT，IGCT等功率元件組成的變頻系統相繼出現，而且還在繼續涌現。由于每種功率元件和其組成的變頻裝置相互之間性能上存在差異,因而使其在不同的功率、頻率等的應用中具有自己獨特的領域和定位。

變頻器正在向大容量、低成本、高功率因數、低諧波、高效率、高性能方向發展。交-直-交變頻器性能指標優異,電氣傳動采用交-直-交變頻器已是大勢所趨。近年來交流傳動系統有了很大的發展，中小功率交流調速傳動已趨成熟，在工業系統中多有采用；隨著電力電子技術的發展,新型交流傳動必將取代直流傳動，面對新興技術的挑戰，應大力提倡新技術、發展新技術、應用新技術。