軋鋼系統(tǒng)自動控制技術(shù)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(yè)有很多要求調(diào)速的生產(chǎn)機械，對電氣控制系統(tǒng)有嚴格要求，如調(diào)速范圍、靜差度、動態(tài)響應、恒張力等。過去，由于交流電動機控制系統(tǒng)不能滿足這些要求，因此直流電動機一直占據(jù)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(diào)整與更換，電刷與整流子之間經(jīng)常會產(chǎn)生火花，直流電機體積大、質(zhì)量重、轉(zhuǎn)動慣量大，制造大容量及高轉(zhuǎn)速的直流電動機比較困難等。而隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展和應用，交流調(diào)速系統(tǒng)不僅克服了直流調(diào)速系統(tǒng)的缺點，還充分發(fā)揮了交流調(diào)速系統(tǒng)固有的優(yōu)點，使其調(diào)速性能與直流調(diào)速性能完全一樣，甚至還優(yōu)于直流調(diào)速系統(tǒng)，如飛輪力矩小、交流系統(tǒng)的過渡過程快、采用同步電動機時主回路功率因數(shù)高等。但是，從成本來看，交流調(diào)速一般比直流調(diào)速系統(tǒng)貴，所以，在選擇傳動方案時，宜進行細致的技術(shù)經(jīng)濟比較后確定[1]。

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

軋鋼機主傳動的特點是傳動系統(tǒng)功率大、過載能力強、動態(tài)響應快、力矩脈動小。由于軋鋼機對傳動系統(tǒng)的要求較高，所以長期以來一直采用直流傳動技術(shù)[3]。但是，直流電動機的結(jié)構(gòu)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(fā)展。交流電動機能夠克服直流電動機的缺點，其結(jié)構(gòu)簡單堅固、維護工作量小、效率高、動態(tài)性能好，單機容量可以突破直流電動機的功率、轉(zhuǎn)速極限，具有許多直流電動機無法比擬的優(yōu)點。因此，采用交流傳動取代直流傳動一直是傳動技術(shù)的努力方向。自從1980年世界上第一臺交流變頻調(diào)速系統(tǒng)成功地用于軋鋼機主傳動以來，交流傳動技術(shù)在軋鋼機主傳動的應用得到了不斷的發(fā)展。目前，采用全數(shù)字控制的交流傳動調(diào)速系統(tǒng)性能己經(jīng)大大超過直流傳動調(diào)速系統(tǒng)，交流傳動技術(shù)在新建的軋鋼機主傳動中已經(jīng)成為主導技術(shù)[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(xiàn)簡要進行比較[5]，如表1所示。

隨著軋鋼工藝向著節(jié)約能源，高精度，高質(zhì)量，多品種發(fā)展，現(xiàn)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(yōu)越性。

而對于交流電機的控制來說，又主要分為交-交變頻調(diào)速和交-直-交變頻調(diào)速系統(tǒng)，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(diào)速和交-直-交變頻調(diào)速的比較

通過表2可知，兩種交流變頻調(diào)速裝置各有優(yōu)、缺點，如強調(diào)調(diào)速性能，交-直-交變頻裝置調(diào)速性能優(yōu)于交-交變頻裝置。

2 應用分析

軋鋼設(shè)備按生產(chǎn)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(jù)不完全統(tǒng)計，在最近幾年建設(shè)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(shù)在中國鋼鐵業(yè)的領(lǐng)頭羊——寶鋼公司的應用[8]，如表4所示。

表3 近年來建設(shè)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(nèi)用戶在建設(shè)新項目或設(shè)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(nèi)直流傳動和交流傳動在目前乃至往后一個階段內(nèi)，還處于你中有我、我中有你的交錯格局。

3 結(jié)束語

鋼鐵系統(tǒng)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(fā)的交流變頻系統(tǒng)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(tǒng)相繼出現(xiàn)，而且還在繼續(xù)涌現(xiàn)。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(lǐng)域和定位。

變頻器正在向大容量、低成本、高功率因數(shù)、低諧波、高效率、高性能方向發(fā)展。交-直-交變頻器性能指標優(yōu)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(tǒng)有了很大的發(fā)展，中小功率交流調(diào)速傳動已趨成熟，在工業(yè)系統(tǒng)中多有采用；隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,新型交流傳動必將取代直流傳動，面對新興技術(shù)的挑戰(zhàn)，應大力提倡新技術(shù)、發(fā)展新技術(shù)、應用新技術(shù)。