全数字矢量控制交－交变频调速控制系统在包钢百米高速钢轨主传动系统中的应用

2014-11-17李洁，梁文

绿色科技 2014年7期

李洁，梁文

（内蒙古科技大学，内蒙古包头014010）

1 引言

包钢轨梁厂是包头钢铁集团公司下属的大型型钢企业，先后开发了时速250km、350km和380km的百米高速钢轨，以及多种型号的H型钢产品，钢轨产量居国内第一。BD1轧机作为百米高速钢轨生产线的粗轧机，采用了双绕组变频调速交流专用同步电动机，电控系统采用全数字矢量控制交－交变频调速系统进行控制，交－交变频功率装置为三相无环流可逆式晶闸管变流器，主回路为Y连接的交流偏置式结构，引进了西门子公司SIMADYN D全数字64位处理器组成的矢量控制交－交变频数字控制柜。

2 主传动系统的构成

BD1轧机主传动系统主要由电动机、整流变压器、励磁整流变压器和数字控制系统组成。系统除了具有正常轧制功能外，还具有正向点动、反向点动、爬行、快速停车及紧急停车等功能，具有控制精度高、响应快速、可靠性强及易于维护的优良品质。

2.1 主传动电动机

主传动电动机采用同步电动机（主要参数为：额定功率6000（kW）、额定定子线电压1600（V）、额定转速，70（r/min）），电动机三相定子绕组接法为双Y形两套绕组，每3台整流柜的正输出母线经1台手动隔离开关接至电机其中的一套三相定子绕组，构成Y形三相交－交变频变流器。两绕组共6台整流柜。由于两套绕组的供电变压器相位互差30度，可以对电源侧构成等效的12脉动整流，减少电源侧谐波，同时可以减小电机的转矩脉动，电动机回路如图1所示。

图1 BD1主传动电动机回路图

2.2 整流变压器

定子三相晶闸管变流器采用ABB公司4英寸、4 kV元件，用2只晶闸管元件和1套热管风冷散热器构成直接反并联功率组件，采用强迫风冷。每台变流柜主回路为可逆三相全控可逆整流桥。每相为1台整流柜每台电动机定子变流器共由3台晶闸管变流柜组成。变流装置额定输出电压等级1200V、额定输出电流有效值3150A，最大输出电流6300A，如图2所示。

图2 BD1主机整流柜

2.3 励磁整流变压器

励磁采用晶闸管三相全控单向整流桥，整流桥输出直接接到电动机励磁绕组。晶闸管元件采用国产KP1650A/2200V组件组成三相全控整流桥。风冷铝散热器和强迫风冷，每套系统为1台柜。每台励磁柜最大输出电压726V、额定输出电流1250A，最大输出电流2500A（60s）。

2.4 数字控制系统

数字控制采用西门子公司的SIMADYN D原装数字控制柜。西门子公司SIMADYN D采用UNIX操作系统，安装西门子公司开发的STRUC G图形化编程软件。该系统采用图形化自由编程、模块化自由配置、多处理器并行工作的实时处理通用数字控制系统，适用于高技术性能要求的大功率闭环电气传动控制，满足各种复杂的和精确的控制要求，例如在高精度要求的粗轧机主传动大功率交、直流传动、大功率卷取机传动、飞剪传动、多电机控制、张力控制、水利发电系统、特大功率起动系统、高压直流输电系统、电网动态无功功率补偿系统等领域有广泛应用，如图3所示。

数字控制系统通讯，SIMADYN D主机箱通过Profibus＿DP通讯接口连接SIEMENS公司PLC远程I/O站，采集电动机、变压器和高压开关、其它外部设备数据。在每套系统辅助控制柜中安装1套S7－300PLC站，分别完成系统内、外控操作、励磁开关联锁、高压开关操作联锁、主开关联锁、报警及故障显示、轴承润滑、机械联锁等功能。在每台电动机旁设置1台I/O箱，装1台远程I/O站，采集电动机温度、信号，如图4所示。