交交變頻調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介

耿瑩瑩

（萊鋼集團(tuán)設(shè)備檢修中心，山東萊蕪，271104）

交交變頻調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介

耿瑩瑩

（萊鋼集團(tuán)設(shè)備檢修中心，山東萊蕪，271104）

本文主要介紹鋼材成品生產(chǎn)線(xiàn)上主傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成及應(yīng)用，重點(diǎn)說(shuō)明了調(diào)速系統(tǒng)的組成及其工作原理。關(guān)鍵詞：交交變頻；處理器；連鎖保護(hù)

0 引言

山東鋼鐵萊蕪分公司某鋼材生產(chǎn)線(xiàn)共有主電機(jī)4臺(tái)。分別為粗軋機(jī)1臺(tái)，精軋機(jī)3臺(tái)，共4套主傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，全部采用交-交變頻調(diào)速。主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)為交流同步機(jī)，控制器是西門(mén)子公司SIMADYN D全數(shù)字64位處理器組成的矢量控制器，功率裝置采用Y連接的交流偏置式結(jié)構(gòu)，功率元件全部為西門(mén)子產(chǎn)品，以保證質(zhì)量。在同步機(jī)的后部安裝有編碼器，用來(lái)測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

1 電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)數(shù)據(jù)

以粗軋主電機(jī)為例說(shuō)明，主電機(jī)為同步電機(jī)，極數(shù)為12極，額定功率5500KW，最高轉(zhuǎn)速60—100r/min，定子額定電壓1650V，定子額定電流2003A，頻率范圍為6—10HZ。勵(lì)磁電壓直流210V，勵(lì)磁電流510A。過(guò)載能力：200%額定（基速以下60S），275%額定直接作用于跳閘。主傳動(dòng)交-交同步電機(jī)定子及兩側(cè)軸承配有溫度傳感器，主傳動(dòng)電機(jī)安裝接地碳刷以消除電機(jī)軸向電流，主電機(jī)冷卻方式采用背包水冷卻方式。

2 電機(jī)定子回路

2.1 定子回路整流變壓器

主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)定子主回路采用3臺(tái)干式三相整流變壓器，容量為3700KVA。變比35kV/1150V，短路阻抗ek%=7.5%，對(duì)電網(wǎng)形成12相脈波整流，減少對(duì)電網(wǎng)造成的諧波。定子主回路如下圖1所示。

整流變壓器配有超溫保護(hù)、高溫保護(hù)接點(diǎn)輸出，與高壓開(kāi)關(guān)回路進(jìn)行聯(lián)鎖，由于變壓器為干式，所以沒(méi)有瓦斯保護(hù)。主回路進(jìn)線(xiàn)經(jīng)高壓開(kāi)關(guān)柜接到整流變壓器，每臺(tái)整流變壓器低壓側(cè)分別接至3套晶閘管變流裝置。

2.2 定子晶閘管變流器

電動(dòng)機(jī)三相定子繞組接法為Y形，3套變流裝置的正輸出母線(xiàn)經(jīng)3臺(tái)主接觸器接至同步電動(dòng)機(jī)三相定子繞組，負(fù)輸出母線(xiàn)短接在一起，構(gòu)成Y形三相交-交變頻變流器。三相輸出交-交變頻器特點(diǎn)：（1）電流三相正弦波，附加損耗較小，脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩??；（2）無(wú)環(huán)流控制下的輸出頻率≤20HZ；（3）主回路比較復(fù)雜，元器件較多，需要36個(gè)晶閘管。由于電動(dòng)機(jī)三相定子繞組的星點(diǎn)與三相變流器輸出的星點(diǎn)是斷開(kāi)的，便具有一定的交流偏置，使得裝置輸出相電壓為梯形波，但線(xiàn)電壓為正弦波。因此相電壓輸出能夠降到原來(lái)的85%左右，使整流變壓器二次電壓降低，變壓器容量也可以選的小一些。本系統(tǒng)觸發(fā)脈沖采用寬度為36度的脈沖列。

圖1 定子主回路

晶閘管變流柜的主回路采用三相全控橋式線(xiàn)路。由于實(shí)際電流切換存在“死時(shí)”，變頻器輸出的電流和從電網(wǎng)輸入的電流就不是完全準(zhǔn)確的正弦波；此外，如果電流切換時(shí)的“死時(shí)”越長(zhǎng)，產(chǎn)生的諧波也就越大，嚴(yán)重的時(shí)候還會(huì)造成變流裝置輸出能力下降，無(wú)謂地增加損耗。一般我們都把交交變頻系統(tǒng)的無(wú)環(huán)流電流切換“死時(shí)”控制在2 ms以?xún)?nèi)，以達(dá)到我們預(yù)期的目的，使之盡量少產(chǎn)生諧波，增加變流裝置的輸出能力。要想避免“死時(shí)”對(duì)變流裝置所帶來(lái)的不利影響，我們首先必須要準(zhǔn)確地檢測(cè)出電路中的零電流。在這里主要是采用零電流檢測(cè)器，這個(gè)元件比普通的門(mén)坎檢測(cè)要準(zhǔn)確、迅速，是保證電流切換控制在很短時(shí)間內(nèi)的最重要手段。在變流柜內(nèi)，每相變流裝置還具有一個(gè)電壓傳感器，用來(lái)檢測(cè)定子實(shí)際電壓，并能夠在面板上顯示出來(lái)，供現(xiàn)場(chǎng)操作人員查看并監(jiān)視裝置的正常與否。

晶閘管變流裝置還裝配有故障檢測(cè)功能，只要內(nèi)部有故障發(fā)生，可以及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并且能夠進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)鎖。而且具有記憶功能，當(dāng)技術(shù)人員檢查維護(hù)時(shí)，可以查看故障并準(zhǔn)確地推斷出產(chǎn)生故障的位置，從而能夠快速地排除故障，給檢修作業(yè)提供了很大的方便。

晶閘管變流裝置還具有開(kāi)門(mén)保護(hù)功能，即：在高壓開(kāi)關(guān)合閘后，此裝置是不允許打開(kāi)柜門(mén)的，如果強(qiáng)行打開(kāi)，就會(huì)立刻聯(lián)鎖高壓開(kāi)關(guān)柜，使得斷路器跳閘，以保證人身安全。

3 電機(jī)勵(lì)磁回路

3.1 勵(lì)磁變壓器

粗軋機(jī)勵(lì)磁回路為干式整流變壓器供電，容量為500KVA，變比10KV/600V，每臺(tái)電機(jī)系統(tǒng)用1套繞組。接法為D/Y-11，二次電壓600 V，短路阻抗5.5%，干式變壓器。配有超溫保護(hù)接點(diǎn)，與高壓開(kāi)關(guān)回路聯(lián)鎖，同樣，由于變壓器為干式變壓器，所以沒(méi)有瓦斯保護(hù)功能。

3.2 勵(lì)磁晶閘管變流器

勵(lì)磁回路與定子回路不同，勵(lì)磁回路為晶閘管三相全控不可逆整流橋，電源通過(guò)整流橋輸出后直接接到電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組上，用于電機(jī)的勵(lì)磁。

為了防止在故障情況下轉(zhuǎn)子過(guò)電壓而損壞晶閘管，在勵(lì)磁柜外專(zhuān)門(mén)配置了一套高容量壓敏電阻，用來(lái)吸收勵(lì)磁回路中的過(guò)電壓；此外，還具有快速過(guò)壓保護(hù)回路。這樣就完全能夠保證勵(lì)磁回路的安全，從而保證了電機(jī)和變流裝置的安全運(yùn)行，防止發(fā)生危險(xiǎn)事故和故障。

4 變頻控制系統(tǒng)

此系統(tǒng)的變頻控制為西門(mén)子公司的SIMADYN D數(shù)字控制柜。本系統(tǒng)軟件為UNIX操作系統(tǒng)，安裝了西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)的編程軟件。系統(tǒng)硬件設(shè)備主要由主機(jī)箱和輔助機(jī)箱以及接口端子板等組成。主機(jī)箱主要由通用微處理器單元、專(zhuān)用微處理器單元及各種輔助單元、接口單元、通訊單元及電源等組成。

本系統(tǒng)處理器單元目前是具有64位的處理器，分為四個(gè)部分。第1個(gè)處理器(PM6)主要是為了完成系統(tǒng)起停的速度邏輯控制等任務(wù)；第2個(gè)處理器(PM6)主要完成矢量控制、磁通控制等任務(wù)；第3個(gè)處理器(EP22)主要是三相變流器控制，主要完成三相交流電流控制；第4個(gè)處理器(PM6)完成勵(lì)磁電流控制、故障處理、主回路合分閘、操作面板OP控制、通訊等任務(wù)。

主機(jī)箱與現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)的信號(hào)、數(shù)據(jù)等信息的交換是通過(guò)Profibus_DP通訊連接ET200遠(yuǎn)程站來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在系統(tǒng)輔助控制柜中安裝1套遠(yuǎn)程I/O站，用來(lái)完成系統(tǒng)內(nèi)、外控操作、開(kāi)關(guān)操作聯(lián)鎖、報(bào)警及故障顯示等。現(xiàn)場(chǎng)每臺(tái)電動(dòng)機(jī)旁也要設(shè)置1臺(tái)遠(yuǎn)程I/O站，用來(lái)采集電動(dòng)機(jī)溫度、軸承潤(rùn)滑、機(jī)械聯(lián)鎖等信號(hào)。當(dāng)信號(hào)采集到遠(yuǎn)程I/O站后，再通過(guò)DP線(xiàn)通訊到主機(jī)箱中，參與連鎖保護(hù)等。

5 故障保護(hù)聯(lián)鎖

本系統(tǒng)通過(guò)硬件、軟件可以實(shí)現(xiàn)多種保護(hù)功能，具有故障、報(bào)警、聯(lián)鎖、記憶、復(fù)位等綜合處理能力。

檢測(cè)并參與聯(lián)鎖的故障主要包括：定子回路的過(guò)電流、過(guò)電壓；轉(zhuǎn)子回路的過(guò)電流、過(guò)電壓；堵轉(zhuǎn)、變流裝置故障、高壓開(kāi)關(guān)故障分閘、欠勵(lì)磁、電源欠壓、變流裝置風(fēng)機(jī)故障、電動(dòng)機(jī)風(fēng)機(jī)故障、電動(dòng)機(jī)冷卻水系統(tǒng)故障、主變壓器超溫、電動(dòng)機(jī)超溫、電動(dòng)機(jī)軸承超溫、電動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑故障、機(jī)械潤(rùn)滑故障等，以及通訊故障等。所有能給電機(jī)或者控制系統(tǒng)帶來(lái)危險(xiǎn)的因素都能夠檢測(cè)和保護(hù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

此套系統(tǒng)為西門(mén)子公司比較成熟的一套控制系統(tǒng)，雖然結(jié)構(gòu)有些復(fù)雜，但是它具有運(yùn)行穩(wěn)定、故障率低、效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，在很多場(chǎng)所，尤其是冶金、紡織、礦業(yè)等場(chǎng)所都有廣泛地應(yīng)用。

[1]馬小亮.大功率交—交變頻調(diào)速及矢量控制，機(jī)械工業(yè)出版社，2004年07月.

[2]張燕賓.SPWM變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2012年01月.

[3]李鴻儒.西門(mén)子系列變頻器及其工程應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社，2013年09月.

Introduction of alternating current frequency control system

Geng Yingying
(Equipment maintenance center of Laiwu Steel Group，Laiwu Shandong，271104)

this paper mainly introduces the composition and application of main drive speed system in the production line of steel products, and points out the composition and principle of the speed regulating system.

alternating current frequency conversion; Processor; Chain safeguard