直流傳動裝置在鑄軋機上的運用研究

劉 娜

（ 黑龍江特通電氣股份有限公司，黑龍江 哈爾濱150028）

全數字直流控制系統實質上就是采用三相橋式模塊驅動電動機運轉的裝置類型，其在穩態精度、動態化相應等方面均占據優勢， 在國內外直流電機控制領域中的應用范圍不斷拓展。且近些年研制出的新全數字直流控制調試方法日漸多樣化、故障診斷功能明顯提升、控制算法精確度簡潔可行，用于工業生產領域中，以多樣化控制功能為支撐，保證了產品生產過程的安穩性，提升工業產品品質。

1 項目概況

某廠內配置的1# 鋁帶坯鑄軋機組為20 世紀90 年代設計制造的， 鑄軋生產線配置了電子控制線路。 歷經數十年的運行歷程， 對運行張力及速度指標控制的準確度均有跌落趨勢，成品率整體偏低；系統性能指標出現了較明顯的波動、零部件磨損現象較為顯著、故障發生率偏高、停運停產情況時有發生，難以迎合工廠經濟快速發展的主觀需求[1]。 鑒于以上情況，本廠擬定改造鑄軋機直流控制系統， 用2 臺全數字直流控制將原有電子控制線路取而代之，已知單臺臺電機功率、額定電壓與電流依次為3500kW、800V、4900A。

2 鑄軋機工藝及直流控制系統的介紹

2.1 鑄軋機的生產工藝

處于熔融狀態的鋁液歷經保溫爐熔煉處理， 繼而被整合至流槽、除氣裝置，而后進入到前箱，經鑄嘴設施進到鑄軋機輥縫內，在鑄軋機作用下被制造成鋁帶坯，帶坯產品會被夾送輥轉送到銑邊機，該機械設備利用自身附帶的液壓剪切頭對其兩側邊進行銑切處理，最后使用偏導輥將產品運輸至卷取機。

2.2 直流控制系統

電氣控制是鋁帶坯鑄軋工藝體系的重要構成， 該工藝運轉階段對電器控制速度安穩性提出了較嚴格要求，盡管不同控制系統運行速度存在一定差異性，但運轉、調整階段速度穩定使最基礎的要求。 常規作業條件下要求單方向運作，而為迎合檢查、維修、調試等工作需求，可以逆向運轉。

上、下輥電機運作階段均統一使用主從控制形式，閉環控制系統在上輥電機速度調整階段起到主導性作用，速度給定設施設定速度指標，并傳送出轉矩設定值；下輥電機運轉速度調整階段對轉矩閉環控制表現出較高依賴性，其負責接收上輥電機系統傳遞出的轉矩值。 可以結合現實生產要求， 調整及配置兩臺電機負荷，借此方式保證兩臺鑄軋輥能協調、高效率運轉。

3 全數字直流控制及在鑄軋電機上的實踐應用

3.1 系統構成

3.1.1 1900A/660V 直流控制器（ 12 臺），被細分為兩組，分別負責調控上、下輥電機的運行狀態。

3.1.2 600A/380V 直流控制器（ 2 臺），功能以調控電機勵磁為主。

3.1.3 GE9030 PLC 系統（ 1 套），調控系統的運行邏輯。

3.1.4 供電系統（ 2 套），分別負責為上、下輥電機運轉過程提供電能，每套系統上均配置了由1 臺變壓器（ 35kV/800V），變壓器二次側構成以 、Y 繞組為主，兩個繞組相差30°。 此外，上輥主機利用4～20mA 模擬量將設定的速度信號傳遞給下輥，以保證電機運行速度的同步性。

3.2 系統特征

3.2.1 以自然零序電壓原理為支撐，動態檢測電網對地的電容電流。

3.2.2 電網正常運轉階段，減少補償電抗的使用量，能較有效的規避串聯諧振過電壓；若電網運行階段出現了單項接地情況，則本系統能夠在極短時間內進行最適宜的補償[3]。

3.2.3 本系統中增設了消弧線圈， 其不干擾基于功率方向原理而大規模使用的單項接地保護設施運行過程，這樣就不要大范圍的調換設備設施，有益于降低電網的運行成本。

3.3 主傳動的并聯式調控

本文以上輥系統作為實例進行闡釋說明。2 組六脈沖的可逆式整流橋經由平衡電抗器后，以并聯形式銜接，共同構成了12相整流電路， 為電樞供應電能。 △、Y 繞組的供電對象依次是1～3#、4～6#控制器。 第1 組內3#作為主控制器，其他2 臺控制器經由并口和3#間傳導通訊信號，3#控制器能在相同時間點將觸發脈沖傳遞給1#、2#控制器。 第2 組內5#是主控制器，其負責把觸發脈沖傳送給4#、6#控制器，借此方式確保各組上任一控制器均能接入到相同電源上， 同時觸動同相的可控硅。 為確保均流效率符合鋁廠業務運作需求， 擬定將3#控制器規劃為速度、電流雙環式控制系統、5#內僅帶有電流環。3#能經串口將本機電流順利傳送給5#，而后調整3#、5#控制器的電流環響應，維持兩者的統一性。對6 個輸入電抗器的運行狀況進行準確測算，借此方式保證均流情況能符合改造設計要求。 現實運轉階段均流效率達到了97.1%。

3.4 并聯裝置的同步式切換

并聯裝置正逆方向切換動作的同步， 是從最基礎的環節維持裝置正常運作、降低逆變顛覆等不良情況發生率的主要方式之一。 為確保電流傳輸方向轉變時兩組控制器均不形成環流，擬定把第1 組內3#主控制器調整力矩方向信號命令傳遞給另一組5#控制器，而把另一組內5#主機調整力矩方向的信號命令傳遞至第1 組內的3#主機。 通過落實以上措施保證各組主控制器只有在電流均為零的工況下，方能實現切換至反組橋上的目標。

3#控制器經由串口將電流給定傳導至5#控制器，兩個主機之間以點對點形式為支撐傳導電流過零信號，若能確定3#電流已經跌落至零點并且與切換條件要求之間相吻合，則提示3#可以點對點模式為支撐將相關信號反饋給5#，同理，在相同的工況下，5#也能將電流給定信號傳遞給3#。兩主機在接收到對方傳導的過零信號以后，便能快速切換動作。

3.5 主傳動的勵磁控制

因為主傳動階段形成的勵磁偏大（ 對應的電流為499A），故而推薦單用控制器提供電能的方法。 該控制器運轉階段應用了僅有電流環的恒流作業模式，針對測算電樞的反電勢與設定磁通的工作，選定在3#控制器中進行，以磁化曲線為依托促進電流給定的產出過程，而后3#主機再經由串行口X 162 把電流給定傳輸至勵磁控制器內，通過落實以上過程實現對勵磁的有效調控。

已知，磁場額定電流是500A，為強化3#主柜控制器、磁場柜兩者勵磁電流的匹配度，擬定把其對應的額定電流依次設定為40A、600A， 則此時3#主柜內的P 102 實質上就是電機勵磁對應額定電流，可采用如下公式進行測算：

500/ 600= P102/40

在這樣的工況下，當3#控制器內額定電流為33A 時，勵磁控制器便可以輸送出500A 的電流，提示勵磁控制效果較好。

3.6 系統調試

在調試階段發現輥道電動機啟動、停止時間相對較長，明顯滯后于主機啟動速度，而誘發不同步的問題。 針對以上情況，擬定調整流器調試參數RAMP（ 給定積分），將加速、減速由10s 調整到3s， 進而使輥道電動機的啟動電壓、 母線相電壓分別為6200V、3600V（ 全電網電壓均值＜6200V），控制器提示＜6300V時，電網單相接地電容電流為41.4A，折算到6200V 是40.7%。牽拉吊一個長度為1000m 的電纜，電容電流降至37.7A，強該段電纜再次安裝到電網內， 現實電容電流是40.4A， 兩算均投入后，提示為41.4A，提示電容電流檢測基本準確。

結束語

本文提及的改造內容在2017 年鋁廠大修階段整體落實，兩年運轉階段無故障發生。 這提示將全數字系統用于直流控制系統內，能顯著提升系統的智能化程度，強化運行過程的安穩性，外部布設的控制線路較為簡潔， 較明顯的減少系統運維量，間斷故障位點最查找、原因分析的實踐；提升了系統控制的準確度，速度、張力誤差分別是±1%、2%，達到了改造設計要求，明顯改善了產品質量，降低生產原材料的耗用量，協助鋁廠運營階段增加生產量，提示全數字系統具有較高的推廣價值。