高速線材精軋機(jī)LCI系統(tǒng)淺析

吳 振

（河鋼股份有限公司承德分公司 河北省釩鈦工程技術(shù)研究中心，河北 承德 067000）

1 精軋機(jī)LCI系統(tǒng)介紹

SIMOVERT S變頻器又名LCI系統(tǒng)為Load Commutate Inverter的英文縮寫，即負(fù)荷換相變頻器。是交直交電流型變頻器，中間直流回路儲能元件為電抗器。SIMOVERT S變頻器是一種電流源交直交變頻器，用于連續(xù)的調(diào)節(jié)速度或同步電機(jī)的軟起動(dòng)。典型的應(yīng)用為：電機(jī)速度可達(dá)到6000rpm，作為軟起動(dòng)器速度可到同步速度。SIMOVERT S變頻器電機(jī)的調(diào)速范圍可為1：10～1：100，根據(jù)需要用戶可選擇功率部分風(fēng)冷或水冷方式，水冷時(shí)最高功率可達(dá)到70MW。SIMOVERT S變頻器由于簡單的布局使得可控硅較少，維護(hù)方便，性能高效可靠。SIMOVERT S變頻器的特性使得在工業(yè)中用于連續(xù)調(diào)速，比較適合在鋼鐵行業(yè)軋線大功率電機(jī)拖動(dòng)中，要求較高的場合中應(yīng)用。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個(gè)SIMOVERT S控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有：①驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；②SIMOVERT S 6SB20變頻器；③電機(jī)；④進(jìn)線整流變壓器；⑤進(jìn)線斷路器。

2.1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由以下組件構(gòu)成：SIMOVERT S 6SB20變頻器；同步電機(jī)；變頻器整流變壓器；主回路高壓斷路器。

2.2 SIMOVERTS 6SB20變頻器

在12脈動(dòng)功率柜中有2個(gè)進(jìn)線整流柜，2個(gè)中間直流回路電抗器，2出線逆變柜勵(lì)磁部分。勵(lì)磁柜由DC MASTER直流調(diào)速器組成的直流勵(lì)磁。開環(huán)和閉環(huán)控制。開環(huán)和閉環(huán)控制根據(jù)功能可分為：跟傳動(dòng)有關(guān)的開環(huán)和閉環(huán)控制；面向系統(tǒng)的開環(huán)控制。跟傳動(dòng)有關(guān)的開環(huán)和閉環(huán)控制包括以下功能：①速度控制；②電流控制；③給定發(fā)生器；④可控硅監(jiān)視；⑤跟變頻器有關(guān)的組件控制和監(jiān)視，例如主回路高壓開關(guān)，勵(lì)磁系統(tǒng)。面向系統(tǒng)的控制能夠參數(shù)化的監(jiān)視功能有：進(jìn)線變壓器；出線變壓器（可選）；同步電機(jī)。還有一些可選的功能通過以下方式實(shí)現(xiàn)：PROFIBUS；個(gè)別的開關(guān)量和模擬量端子控制信號。

2.3 電機(jī)

電機(jī)可以運(yùn)行同步電機(jī)帶無刷勵(lì)磁；同步電機(jī)帶直流勵(lì)磁；在無編碼器方式或低速時(shí)有編碼器方式運(yùn)行；在高線精軋機(jī)控制中，用有編碼器，直流勵(lì)磁同步電機(jī)。由于電機(jī)是傳動(dòng)控制系統(tǒng)的一部分，所以電機(jī)保護(hù)監(jiān)視可以在變頻器系統(tǒng)控制中實(shí)現(xiàn)。電機(jī)保護(hù)監(jiān)視包括以下功能：①電機(jī)定子繞組溫度監(jiān)視；②電機(jī)軸瓦溫度監(jiān)視；③電機(jī)軸瓦油壓監(jiān)視；④電機(jī)進(jìn)出口空氣溫度監(jiān)視5、電機(jī)冷卻水漏水監(jiān)視。

2.4 進(jìn)線整流變壓器

進(jìn)線整流變壓器電氣設(shè)計(jì)選型根據(jù)要求得出結(jié)論：額定功率；過載能力；由于變頻器的無熔斷器設(shè)計(jì)，必須考慮故障時(shí)短路電流限制加整流變壓器的目的；提供適合變頻器電壓要求的電源；跟電源與變壓器的電氣隔離；進(jìn)線變壓器必須適合進(jìn)線整流橋要求的電抗。12脈波驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要求變壓器副邊為雙繞組，兩個(gè)繞組相位互差300。根據(jù)需要，還要為勵(lì)磁回路提供勵(lì)磁變壓器和進(jìn)線電抗器。

2.5 進(jìn)線斷路器

進(jìn)線斷路器通常要選中壓級別的，接在進(jìn)線變壓器原邊。進(jìn)線斷路器不能直接給變頻器供電，進(jìn)線斷路器受變頻器控制和監(jiān)視。

3 功率部分

為了適應(yīng)大功率電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)電流較大的需要，我們選用進(jìn)口先進(jìn)功率可控元件，并分別用于進(jìn)線整流器和電機(jī)側(cè)逆變器，但又因其在工作過程中并不完全一樣，因此，這些大功率元件在選用時(shí)考慮到過電壓抑制、接地檢測、直流回路電抗器等問題，其組件結(jié)構(gòu)如圖所示。

圖1 進(jìn)線斷路器組件結(jié)構(gòu)

3.1 晶閘管組

晶閘管組由六個(gè)晶閘管和七個(gè)散熱片組成，用彈簧將固定式晶閘管裝置與張力螺栓壓在一起；這樣晶閘管與壓塊之間的接觸力可達(dá)7000牛（+20%／-10%），而與975mm壓塊之間的接觸力可4000牛（+200／4%～10%）。

3.2 緩沖電路（RC電路）

每個(gè)晶閘管都有一個(gè)由電阻和電容組成的吸收電路，其組成元件能夠保證供電電壓的均勻分配（對于某些串聯(lián)式晶閘管）在晶閘管關(guān)斷時(shí)限制電壓的上升率和超調(diào)量。

3.3 晶閘管的觸發(fā)板

晶閘管可通過觸發(fā)板的光觸發(fā)對Al～A6進(jìn)行間接觸發(fā)。

3.4 電抗器

直流回路電抗器用于使進(jìn)線側(cè)變頻器與電機(jī)側(cè)變頻器隔離并使直流更平滑。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，靠它的電感和線路電抗來限制電流的上升率。每一個(gè)直流回路電抗器都是由兩個(gè)磁耦合繞組所組成。兩個(gè)繞組在直流母線上對稱分布，這樣就可使系統(tǒng)分布實(shí)現(xiàn)對稱。兩個(gè)電抗器的半繞組被分配給兩個(gè)直流回路。這樣配置就使其可以減少尺寸和重量并減少銅耗和鐵耗。在1和2串聯(lián)時(shí)，互相去耦使有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。除減少銅（鋁）和鐵的損耗而外，還可以減少能量損失。

3.5 電流互感器

電流互感器裝在各個(gè)系統(tǒng)連接母線輸出相（U和W）。進(jìn)線側(cè)電流可以在直流回路中測量。帶有霍爾發(fā)生器的電流互感器的主要特點(diǎn)是其直線性特別高（±0.1%），對外磁場的敏感度特別高并且其精確度可以達(dá)到±0.5%（參照IN）。一次電流線路與二次電流線路是分離的，對其電子元件部份可提供24V的穩(wěn)壓直流電源用電壓互感器進(jìn)行VM傳感，為了觸發(fā)電機(jī)側(cè)逆變器的可控硅，電機(jī)電壓必須在0Hz～100Hz的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行高精度的比例模擬。串聯(lián)電阻與互感器主級相連。電阻的阻值應(yīng)選擇應(yīng)于供電電壓相匹配。這樣，二次測額定電流就可以接近20mA，從而可使最高測量精度達(dá)到±1%。對電子元件部份也可以提供24V穩(wěn)壓直流電源。對于12脈沖的變頻器來講，VM只測量系統(tǒng)一的輸出電壓。在V．W和W．U相間進(jìn)行連接。

3.6 接地漏電檢測

整個(gè)電源部分都是沒有接地的，不管何處絕緣出現(xiàn)故障都不會影響電流流向大地，絕緣本身出現(xiàn)故障并不影響運(yùn)行。但是這種故障會導(dǎo)致其它相的電壓升高。從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)來看，這種電壓升高會導(dǎo)致絕緣的進(jìn)一步損壞，從而導(dǎo)致短路。

一般說來，為了避免出現(xiàn)這種危險(xiǎn)，當(dāng)出現(xiàn)絕緣故障時(shí)，應(yīng)立即使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)斷開斷路器。通過星形連接中性點(diǎn)，電阻電壓降與接地電壓降對比的方法在三相（進(jìn)線側(cè)）輸入和三相（電機(jī)側(cè)）輸出處進(jìn)行故障檢測。從而就對整個(gè)動(dòng)力線路，包括變壓器二次繞組、電機(jī)定子繞組和直流回路進(jìn)行了檢測和監(jiān)控。

3.7 風(fēng)扇

風(fēng)扇安裝在功率柜柜頂，靠旋轉(zhuǎn)葉片使空氣流動(dòng)達(dá)到散熱目的。風(fēng)扇功率大小根據(jù)環(huán)境溫度，功率柜發(fā)熱情況選擇。風(fēng)扇供電保護(hù)由熱負(fù)荷開關(guān)負(fù)責(zé)。晶閘管所需的冷卻空氣由裝在風(fēng)扇經(jīng)門縫吸入，流經(jīng)晶閘管的熱量快速向上排出。

風(fēng)壓開關(guān)監(jiān)視空氣冷卻風(fēng)量和風(fēng)扇，工作范圍在100Pa～1000Pa，風(fēng)壓開關(guān)檢測經(jīng)過功率元件的風(fēng)量壓力大小，與設(shè)定的值比較。變頻器工作如果測量值大于設(shè)定值，風(fēng)壓開關(guān)觸點(diǎn)閉合信號傳到控制系統(tǒng)。反之，故障“Fan Off”報(bào)出。

4 結(jié)語

通過技術(shù)人員對精軋機(jī)LCI控制系統(tǒng)的深入研究，對整套系統(tǒng)和控制原理有了更透徹的了解，能夠快速解決精軋機(jī)大多數(shù)傳動(dòng)故障，不僅確保了精軋機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，還節(jié)約了外聘人員的費(fèi)用。同時(shí)，為河鋼承鋼建設(shè)熱軋卷板、冷軋板等高智能產(chǎn)線培養(yǎng)了人才和積累了技術(shù)。