全數字矢量控制交－交變頻調速控制系統在包鋼百米高速鋼軌主傳動系統中的應用

李 潔，梁 文

（內蒙古科技大學，內蒙古 包頭014010）

1 引言

包鋼軌梁廠是包頭鋼鐵集團公司下屬的大型型鋼企業，先后開發了時速250km、350km和380km的百米高速鋼軌，以及多種型號的H型鋼產品，鋼軌產量居國內第一。BD1軋機作為百米高速鋼軌生產線的粗軋機，采用了雙繞組變頻調速交流專用同步電動機，電控系統采用全數字矢量控制交－交變頻調速系統進行控制，交－交變頻功率裝置為三相無環流可逆式晶閘管變流器，主回路為Y連接的交流偏置式結構，引進了西門子公司SIMADYN D全數字64位處理器組成的矢量控制交－交變頻數字控制柜。

2 主傳動系統的構成

BD1軋機主傳動系統主要由電動機、整流變壓器、勵磁整流變壓器和數字控制系統組成。系統除了具有正常軋制功能外，還具有正向點動、反向點動、爬行、快速停車及緊急停車等功能，具有控制精度高、響應快速、可靠性強及易于維護的優良品質。

2.1 主傳動電動機

主傳動電動機采用同步電動機（主要參數為：額定功率6000（kW）、額定定子線電壓1600（V）、額定轉速，70（r/min）），電動機三相定子繞組接法為雙Y形兩套繞組，每3臺整流柜的正輸出母線經1臺手動隔離開關接至電機其中的一套三相定子繞組，構成Y形三相交－交變頻變流器。兩繞組共6臺整流柜。由于兩套繞組的供電變壓器相位互差30度，可以對電源側構成等效的12脈動整流，減少電源側諧波，同時可以減小電機的轉矩脈動，電動機回路如圖1所示。

圖1 BD1主傳動電動機回路圖

2.2 整流變壓器

定子三相晶閘管變流器采用ABB公司4英寸、4 kV元件，用2只晶閘管元件和1套熱管風冷散熱器構成直接反并聯功率組件，采用強迫風冷。每臺變流柜主回路為可逆三相全控可逆整流橋。每相為1臺整流柜每臺電動機定子變流器共由3臺晶閘管變流柜組成。變流裝置額定輸出電壓等級1200V、額定輸出電流有效值3150A，最大輸出電流6300A，如圖2所示。

圖2 BD1主機整流柜

2.3 勵磁整流變壓器

勵磁采用晶閘管三相全控單向整流橋，整流橋輸出直接接到電動機勵磁繞組。晶閘管元件采用國產KP1650A/2200V組件組成三相全控整流橋。風冷鋁散熱器和強迫風冷，每套系統為1臺柜。每臺勵磁柜最大輸出電壓726V、額定輸出電流1250A，最大輸出電流2500A（60s）。

2.4 數字控制系統

數字控制采用西門子公司的SIMADYN D原裝數字控制柜。西門子公司SIMADYN D采用UNIX操作系統，安裝西門子公司開發的STRUC G圖形化編程軟件。該系統采用圖形化自由編程、模塊化自由配置、多處理器并行工作的實時處理通用數字控制系統，適用于高技術性能要求的大功率閉環電氣傳動控制，滿足各種復雜的和精確的控制要求，例如在高精度要求的粗軋機主傳動大功率交、直流傳動、大功率卷取機傳動、飛剪傳動、多電機控制、張力控制、水利發電系統、特大功率起動系統、高壓直流輸電系統、電網動態無功功率補償系統等領域有廣泛應用，如圖3所示。

數字控制系統通訊，SIMADYN D主機箱通過Profibus＿DP通訊接口連接SIEMENS公司PLC遠程I/O站，采集電動機、變壓器和高壓開關、其它外部設備數據。在每套系統輔助控制柜中安裝1套S7－300PLC站，分別完成系統內、外控操作、勵磁開關聯鎖、高壓開關操作聯鎖、主開關聯鎖、報警及故障顯示、軸承潤滑、機械聯鎖等功能。在每臺電動機旁設置1臺I/O箱，裝1臺遠程I/O站，采集電動機溫度、信號，如圖4所示。

圖3 UNIX操作系統

圖4 數字控制系統示意圖

［1］張懷勇.西門子自動化系統實戰S7和PCS7應用實例［M］.北京：人民郵電出版社，2007.

［2］蘇昆哲.深入淺出西門子WinCC V6［M］.北京：航空航天出版社，2005.