交—直—交變頻設備在橫切機組的應用

劉自春，馬順芳

（1.中規院（北京）規劃設計公司，北京 100089；.2北京首鋼國際工程技術有限公司，北京 100043）

目前，變頻調速技術已經成為節電節能、改善工藝流程、提高產品質量的一種重要手段。在軋鋼機組中，交—直—交的變頻調速技術以其優異的啟制動性能、調速功能和節能效果，得到了廣泛的應用。

本文介紹了交—直—交變頻調速設備的基本結構組成和主要元件的功能。以某軋鋼橫切機組為例，闡述該機組交—直—交變頻方案的設計和設備選取過程。根據橫切機組不同工況，應用西門子S120系列變頻器，確定合理的變頻調速方案。

1 交—直—交變頻調速設備的結構組成

交—直—交變頻設備通常由整流器、逆變器、自耦變壓器、輸入/輸出電抗器等組成。功能作用如下：

（1）整流器。整流器把交流電源轉換為穩定直流電源，在逆變器能量回饋到電網時，該電壓仍保持在恒定范圍內。通常有多種方案可供選擇。方案一為整流器加制動單元和制動電阻；方案二為整流/回饋形式，由整流和逆變的兩組晶閘管可控硅組成，線路中設置自耦變壓器；方案三為AEF整流/回饋形式，電力電子器件采用IGBT，通過PWM控制，消除對電網的諧波污染。（2）逆變器。逆變器把電壓穩定的直流電源轉換為頻率和電壓可調的交流電源，使電機平滑調速。（3）進線電抗器。進線電抗器減小變頻裝置的諧波電流，限制由電源電位的突降而產生的電流沖擊。（4）自耦變壓器。自耦變壓器設置于整流/ 回饋單元反并聯連接的逆變橋，處于發電狀態時，將連接電壓提高約20%。（5）輸出電抗器。輸出電抗器用于補償在長導線時的容性再充電電流，并限制在相應的電機導線長度下電機端子上的dv/dt。

2 交—直—交變頻調速技術的應用

2.1 工程概述

該橫切機組主要工藝流程如下：

上卷→開卷→1#夾送輥→1#矯平→2#夾送→切邊→活套→2#矯平→橫剪→廢料/取樣收集。

機組變頻電機總裝機容量為：1366kW。通過需要系數法進行負荷計算如下：Pjs=819.7kW、Qjs=614.8kvar 、Sjs=1025kVA。

主要變頻電機數量及規格見表1。

2.2 變壓器的選取

本工程選擇整流變壓器為交—直—交變頻設備供電，該變壓器輸出仍然是交流，二次側接成角形，作用是抑制高次諧波，并在一、二次之間加有屏蔽隔離。主要參數選?。?/p>

表1 主要變頻電機表

U二次側=1.05×U電機=1.05×380V≈ 400V

S變壓器=Sjs/0.85=1025kVA/0.85≈ 1205kVA

最終選擇干式整流變壓器參數為：

1250kVA 10/0.4kV Dd0 Ud=6%。

2.3 逆變器的選取

逆變器通常根據電機的轉矩、過載能力、同時系數和過載周期等參數按照功率和電流兩種方式進行選取，由于按照功率選取時，受到電機同時系數影響較大，而此系數選取比較困難，所以建議根據電機過載電流選取。以開卷機為例，進行參數選?。?/p>

過載狀態下：

I逆變器≥I電機×K過載/K逆變器過載≥94.1A×2.5/1.5=156.8A

同時需要滿足非過載狀態下：

I逆變器≥ I電機/0.9≥ 94.1A/0.9=104.5A

最終選擇開卷機逆變器為：

6SL3720—1TE31—3AB0/71kW/132A/158A

其他設備逆變器最終選型結果見表2。

2.4 整流器的選取

整流器的容量選擇與逆變器類似，不建議按照逆變器功率選擇，通常按照逆變器中間電流選取。分組時根據工藝設備劃分，確定不同整流器和直流母線。主要參數選?。?/p>

I整流器≥（I電動— I發電）×（1.1～ 1.2）

同時需要滿足：

I整流器≥ 0.3×（I電動+ I發電）

根據本機組工況及投資綜合考慮，最終選擇SLM系列整流器，規格參數：

表2 橫切機組逆變器選型表

6SL3330—6TE41—3AA3 630kW 1300A 兩套并聯使用。

3 結語

該機組投入生產幾年來，各項指標均滿足考核要求，設備故障停機率接近零，節能效果明顯。在電機功率差別較大的場所，還可以根據電機功率的大小采用三卷變壓器進行供電，分別設置380V和660V變頻調速系統，以達到節省變壓器、變頻器和施工電纜等投資目的。