交交变频调速系统简介

耿莹莹

（莱钢集团设备检修中心，山东莱芜，271104）

交交变频调速系统简介

耿莹莹

（莱钢集团设备检修中心，山东莱芜，271104）

本文主要介绍钢材成品生产线上主传动调速系统的构成及应用，重点说明了调速系统的组成及其工作原理。关键词：交交变频；处理器；连锁保护

0 引言

山东钢铁莱芜分公司某钢材生产线共有主电机4台。分别为粗轧机1台，精轧机3台，共4套主传动调速系统，全部采用交-交变频调速。主传动电动机为交流同步机，控制器是西门子公司SIMADYN D全数字64位处理器组成的矢量控制器，功率装置采用Y连接的交流偏置式结构，功率元件全部为西门子产品，以保证质量。在同步机的后部安装有编码器，用来测量电机的转速。

1 电动机主要技术数据

以粗轧主电机为例说明，主电机为同步电机，极数为12极，额定功率5500KW，最高转速60—100r/min，定子额定电压1650V，定子额定电流2003A，频率范围为6—10HZ。励磁电压直流210V，励磁电流510A。过载能力：200%额定（基速以下60S），275%额定直接作用于跳闸。主传动交-交同步电机定子及两侧轴承配有温度传感器，主传动电机安装接地碳刷以消除电机轴向电流，主电机冷却方式采用背包水冷却方式。

2 电机定子回路

2.1 定子回路整流变压器

主传动电动机定子主回路采用3台干式三相整流变压器，容量为3700KVA。变比35kV/1150V，短路阻抗ek%=7.5%，对电网形成12相脉波整流，减少对电网造成的谐波。定子主回路如下图1所示。

整流变压器配有超温保护、高温保护接点输出，与高压开关回路进行联锁，由于变压器为干式，所以没有瓦斯保护。主回路进线经高压开关柜接到整流变压器，每台整流变压器低压侧分别接至3套晶闸管变流装置。

2.2 定子晶闸管变流器

电动机三相定子绕组接法为Y形，3套变流装置的正输出母线经3台主接触器接至同步电动机三相定子绕组，负输出母线短接在一起，构成Y形三相交-交变频变流器。三相输出交-交变频器特点：（1）电流三相正弦波，附加损耗较小，脉动转矩小；（2）无环流控制下的输出频率≤20HZ；（3）主回路比较复杂，元器件较多，需要36个晶闸管。由于电动机三相定子绕组的星点与三相变流器输出的星点是断开的，便具有一定的交流偏置，使得装置输出相电压为梯形波，但线电压为正弦波。因此相电压输出能够降到原来的85%左右，使整流变压器二次电压降低，变压器容量也可以选的小一些。本系统触发脉冲采用宽度为36度的脉冲列。

图1 定子主回路

晶闸管变流柜的主回路采用三相全控桥式线路。由于实际电流切换存在“死时”，变频器输出的电流和从电网输入的电流就不是完全准确的正弦波；此外，如果电流切换时的“死时”越长，产生的谐波也就越大，严重的时候还会造成变流装置输出能力下降，无谓地增加损耗。一般我们都把交交变频系统的无环流电流切换“死时”控制在2 ms以内，以达到我们预期的目的，使之尽量少产生谐波，增加变流装置的输出能力。要想避免“死时”对变流装置所带来的不利影响，我们首先必须要准确地检测出电路中的零电流。在这里主要是采用零电流检测器，这个元件比普通的门坎检测要准确、迅速，是保证电流切换控制在很短时间内的最重要手段。在变流柜内，每相变流装置还具有一个电压传感器，用来检测定子实际电压，并能够在面板上显示出来，供现场操作人员查看并监视装置的正常与否。

晶闸管变流装置还装配有故障检测功能，只要内部有故障发生，可以及时发出报警信号，并且能够进行系统联锁。而且具有记忆功能，当技术人员检查维护时，可以查看故障并准确地推断出产生故障的位置，从而能够快速地排除故障，给检修作业提供了很大的方便。

晶闸管变流装置还具有开门保护功能，即：在高压开关合闸后，此装置是不允许打开柜门的，如果强行打开，就会立刻联锁高压开关柜，使得断路器跳闸，以保证人身安全。

3 电机励磁回路

3.1 励磁变压器

粗轧机励磁回路为干式整流变压器供电，容量为500KVA，变比10KV/600V，每台电机系统用1套绕组。接法为D/Y-11，二次电压600 V，短路阻抗5.5%，干式变压器。配有超温保护接点，与高压开关回路联锁，同样，由于变压器为干式变压器，所以没有瓦斯保护功能。

3.2 励磁晶闸管变流器

励磁回路与定子回路不同，励磁回路为晶闸管三相全控不可逆整流桥，电源通过整流桥输出后直接接到电动机的励磁绕组上，用于电机的励磁。

为了防止在故障情况下转子过电压而损坏晶闸管，在励磁柜外专门配置了一套高容量压敏电阻，用来吸收励磁回路中的过电压；此外，还具有快速过压保护回路。这样就完全能够保证励磁回路的安全，从而保证了电机和变流装置的安全运行，防止发生危险事故和故障。

4 变频控制系统

此系统的变频控制为西门子公司的SIMADYN D数字控制柜。本系统软件为UNIX操作系统，安装了西门子公司开发的编程软件。系统硬件设备主要由主机箱和辅助机箱以及接口端子板等组成。主机箱主要由通用微处理器单元、专用微处理器单元及各种辅助单元、接口单元、通讯单元及电源等组成。

本系统处理器单元目前是具有64位的处理器，分为四个部分。第1个处理器(PM6)主要是为了完成系统起停的速度逻辑控制等任务；第2个处理器(PM6)主要完成矢量控制、磁通控制等任务；第3个处理器(EP22)主要是三相变流器控制，主要完成三相交流电流控制；第4个处理器(PM6)完成励磁电流控制、故障处理、主回路合分闸、操作面板OP控制、通讯等任务。

主机箱与现场电动机的信号、数据等信息的交换是通过Profibus_DP通讯连接ET200远程站来实现的。在系统辅助控制柜中安装1套远程I/O站，用来完成系统内、外控操作、开关操作联锁、报警及故障显示等。现场每台电动机旁也要设置1台远程I/O站，用来采集电动机温度、轴承润滑、机械联锁等信号。当信号采集到远程I/O站后，再通过DP线通讯到主机箱中，参与连锁保护等。

5 故障保护联锁

本系统通过硬件、软件可以实现多种保护功能，具有故障、报警、联锁、记忆、复位等综合处理能力。

检测并参与联锁的故障主要包括：定子回路的过电流、过电压；转子回路的过电流、过电压；堵转、变流装置故障、高压开关故障分闸、欠励磁、电源欠压、变流装置风机故障、电动机风机故障、电动机冷却水系统故障、主变压器超温、电动机超温、电动机轴承超温、电动机润滑故障、机械润滑故障等，以及通讯故障等。所有能给电机或者控制系统带来危险的因素都能够检测和保护。

6 结束语

此套系统为西门子公司比较成熟的一套控制系统，虽然结构有些复杂，但是它具有运行稳定、故障率低、效率高等诸多优点，在很多场所，尤其是冶金、纺织、矿业等场所都有广泛地应用。

[1]马小亮.大功率交—交变频调速及矢量控制，机械工业出版社，2004年07月.

[2]张燕宾.SPWM变频调速应用技术，机械工业出版社，2012年01月.

[3]李鸿儒.西门子系列变频器及其工程应用，机械工业出版社，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