交—交变频器在包钢宽厚板轧机主传动中的应用

崔桂梅　杨丛军

摘要：文章针对包钢宽厚板轧机主传动运行生产的需要，对轧机轧辊传动交-交变频器进行深入的消化和吸收，并改善运行参数，从而达到适应生产实际需要；通过对SIEMENS交-交变频器矢量控制进行研究，优化了磁通角的计算方法、轧机上下轧辊的负荷平衡控制方式等，稳定了主传动系统安全连续生产，对企业的意义重大。

关键词：交-交变频器；包钢宽厚板轧机；主传动；矢量控制；磁通角 文献标识码：A

中图分类号：TG333 文章编号：1009-2374（2015）16-0050-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.024

1 概述

大功率交-交变频调速控制技术是20世纪70～80年代发展起来的新技术，已经取代传统的大功率直流调速。我国已引进多套大功率交-交变频调速装置，同时也自行开发这类装置，但是很多控制系统还是采用外方设计装置和编程理念。

包钢宽厚板生产线于2007年投入生产，其中轧机轧辊传动采用SIEMENS公司交-交变频器。由于外方在传动系统控制应用技术上采用程序块封装模式，因此当出现系统运行故障时，很难进行解决。

由于我国对交-交变频实际应用研究资料较少，因此在处理现场事故上，难度较大。轧机主传动设备是轧机生产线最重要的设备之一，它的稳定、安全、连续生产对企业的意义非常大，因此对其控制系统交-交变频器进行剖析和研究非常有必要。

2 包钢宽厚板交-交变频器系统的组成

2.1 主回路系统介绍

包钢4100mm宽厚板生产线轧机主传动系统是由SIEMENS公司提供的全数字化交-交变频系统及上海电机厂提供的同步电动机组成。

如图1所示，宽厚板轧机主传动每台三相变频器由1台3×3800kVA、35kV/3×3800kV三分裂变压器供电；三相输出的交-交变频器由三套输出电压彼此差120度的单相输出交-交变频器采用Y联结组成。单相变频器由正、反两组可控整流桥组成，采用无环流控制方式，三相共有12×3个可控硅。输出Y联结方式的三套单相输出交-交变频器的三个输出端Y联结，电动机绕组不必拆开，引出三根线，变频器中点不与电动机绕组中点接在一起，这时变频器的50Hz电源进线必须相互隔离。由于主传动电机为同步电动机，因此有专门的励磁控制回路去控制转子绕组电流。转子绕组电流由1台SIEMENS公司6RA70装置控制，它接收励磁电流给定信号由SIMADYN-D系统计算产生。

2.2 控制系统介绍

宽厚板主传动控制系统的硬件配置主要由21槽的TDC系统和24槽的SIMADYN-D系统组成。每个轧机的上下辊两套交-交变频器共用一套TDC系统，安装在上辊交-交变频器控制柜中，TDC系统采用高速速据传输的GDM网络和现场总线Profibus-DP网络分别与上一级自动化系统和基础控制单元SIMADYN-D系统进行数据传输。

TDC系统主要负责与上一级系统通讯、与传动控制相关的工艺控制、每个轧机上下辊的速度控制及上下辊负荷平衡控制等。

SIMADYN-D控制系统又称基础控制单元，每个轧机的上下辊两套交-交变频器各有一套SIMADYN-D系统，它通过Profibus-DP网络接收由TDC系统发出的控制和转矩指令，并将变频器的状态信号传给TDC系统。SIMADYN-D系统主要负责与功率单元接口、矢量及电流控制、跳闸逻辑等。

3 交-交变频器系统矢量控制分析

SIEMENS电流控制型变频器通过SIMADYN-D系统软件STRUC G完成各项控制功能，图3为交-交变频器矢量控制框图。

由图3可以看出，系统先是通过坐标变换即3/2变换，把3相电流电压矢量由A-B-C坐标系中的3相交流矢量（）转换成α-β坐标系中的直流矢量（β），再由矢量回转器把α-β坐标系变换到φ1-φ2坐标系（直流矢量为），其中两个直角坐标系之间的变换需要的θ角，由电压模型和电流模型计算提供，电机励磁电流由电流模型计算给定，通过对定子电流磁化分量的调节达到控制电机功率因数的目的，通过对定子电流转矩分量的调节达到控制电机转速的目的。最后再通过一系列坐标变换，把调节后的直流矢量变成送给电机的3相交流矢量，通过对直流矢量的调节来控制3相交流矢量，达到控制同步电动机的目的。

轧机主传动交-交变频器控制主要包括：（1）定子偏移角的设定；（2）电流模型计算；（3）电压模型计算；（4）选择磁通角计算公式；（5）转子初始角计算；（6）同步电动机功率因数控制；（7）磁通调节及弱磁控制；（8）电流断续补偿控制；（9）直流电流调节器控制；（10）电压前馈补偿控制；（11）包钢宽板轧机主传系统DSG操作模式控制；（12）轧机上下轧辊的负荷平衡控制。

4 结语

通过对包钢宽厚板轧机主传动交-交变频器研究及运行参数优化，解决了生产过程中出现的电机过电压、变频器在送电过程中电机自行转动且剧烈震动等故障，保证了设备的运行稳定，为工艺稳定生产和新产品开发创造了条件。

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（责任编辑：秦逊玉）