变频器在冶金轧制行业中的应用研究

刘 东

（中冶京诚工程技术有限公司，北京 100176）

随着我国社会经济的快速发展，金属轧制行业也不断加快了建设速度，尤其是在轧制速度方面，当前国内实施线材生产的工厂已经达到了77条生产线。通过长时间的发展，金属轧制的产量已经比过去增长了100多倍。在实际轧制的过程中变频器发挥着重要的作用，为了推进生产质量与效率的提高，有必要结合变频器在金属轧制的过程实施分析。

1 大功率、大中功率和中小功率变频器在金属轧制中的应用

1.1 大功率变频器在高速轧制中的应用

大功率变频器比较常用于金属冶炼大型轧机主传动之中，大功率变频器的功率能够达到3兆瓦～10兆瓦以上。这种类型的变频器相比于原来传统的直流调速装置，尽管交流变频器在成本方面有所增加，但是却能够在电机采购与维护方面的成本节约中获得到相应的补偿，由此可见，不管是在技术方面还是经济方面，采用交流调速的方式都具有较高的合理性。大型轧机主传动对于变频器的要求不仅对功率的要求较大，对于其他方面也有一定的要求，比如在过载能力方面的要求较强，一般需要满足2倍～2.5倍；在正反转方面要求能够快速实现，一般用于可逆轧机类主传动之中；在静态转速方面需要具备较高的静度、在动态冲击速方面需要降小、恢复速度快以及在加减速的时候其跟踪性能极为良好，一般在连轧机类主传动中极为显著。大型轧机主传动通常采用的大功率变频器有两种类型，一种是建立在晶闸管移相控的技术基础上的交～交变频器，另一种为建立在高压大容量自关断器件PWM控制的技术基础下的三电平交～直～交变频器。

1.2 大中功率变频器在金属轧制中的应用

大中功率通常所指的电机功率范围在800千瓦～2000千瓦之间的传动，通过对过载需求的全面考虑之后，其最大的容量可以达到2000kVA～4000kVA之间，其中主要采用的机械设备有立辊主传动、宽板卷取机、飞剪以及窄带机型材连车比传动等等。这种功率范围的变频器在变频调速中是一项软肋，在进行变频装置选择的时候是比较难的，比如交-交变频的容量比较小，涉及到的相关设备比较多，经济方面存在不合算等问题，都会给变频装置选择的时候造成影响。当前阶段的这个功率段所使用的变频方案为690V逆变柜并联，其为2套～4套功率为1兆瓦左右的方案。

1.3 中小功率变频器主电路在金属轧制中的应用

中小功率变频器所指的电机功率范围在800千瓦以下的传动，通常一台电机采用的逆变柜供电数量为1个，其中主要采用的机械设备包括主轧线中的辅传动、加工线中包含的所有传动。我国当前阶段的生产水平已经能够达到大量生产中小功率变频器的实力，但是，要想实现轧制传动的要求还需要继续加强研究力度，这种表现主要体现在以下几点：①国产变频器中的中小功率变频器在功率的范围一般为300千瓦以下，通常电压为380V，而轧机传动对于单柜功率的要求其需要达到1000千瓦～1500千瓦之间，其电压需要能够增加至690V品种才能够获得满足。②每一条生产线都需要大量变频调速设备作为支持，并采用公共直流母线作为供电方式，而当前国产企业已经能够实现单独逆变器与整流器产品的生产，并且将整流器的功率逐渐做大，但是在一个整流器带多台逆变器的要求方面依然存在着一定的缺陷。

2 国产变频器在金属轧制应用中的控制系统

2.1 基础调速控制系统

国产变频器的控制系统在实际应用中，对于基础调速控制系统的要求是较为严格的，主要体现在以下几点：①变频器的基础调速控制系统主要包括两种类型的系统，分别为开环V/F控制系统、高性能矢量控制系统两种类型的系统。②高性能矢量控制系统，需要能够通过软件设置中所选择的转速-转矩双环或者转矩环单环两种工作模式，转矩环的单环工作时对转矩实施设定的时候，需要通过对转速调节器的限幅值、专用输入口输入来实施改变，以此来使主控制、从控制以及张力控制等方面的要求获得满足。

2.2 变频器辅传动中常见的控制系统

变频器的辅传动工艺在控制类型方面是较多的，其中较为常见且典型的控制系统有以下几点：①压下位置的控制系统。这种控制系统在使用的时候，能够在最短的时间之内将被控压下的螺丝进行移动，使其能够移动至所设定的位置，所以该控制系统具备位置检测信号、位置偏差计算最佳转速给定信号等，通过这些信号使其能够传送至相应的转速调节器制定位置，并且当位置偏差比规定值小的时候将其取消。②卷取/开卷传动间接张力控制系统。这个控制系统在实施卷取/开卷的过程中需要能够始终维持张力的恒定性，在这个过程中不会受到各种变化因素的影响，比如带材线速度、卷径等方面的变化因素，所以在实施卷取/开卷的过程中需要先对卷径实施计算，然后再结合张力设定与卷径来进行转矩给定的计算，并将相关数据信息传送到相应的转矩控制环，此外还需要具备动态、空载以及带材弯曲等转矩的补偿功能，在实施调速的过程中涉及到多方面，比如升压调速、弱磁调速等。③变频器的起停飞剪控制系统。在实施控制的过程中，需要保证金属轧件在移动的时候，能够达到轧件行程的计算给定位置，当实现这一要求的时候，飞剪要快速的被起动。④变频器中有机械联系的多电机主从控制系统。由于变频器之中的多台电机之间存在有机械联系，所以主调速系统只能有一套，而其它则是从电机跟随主电机进行相应的运转。其中主系统包括速度控制系统（既双环系统）与张力系绷双环系统这两种类型。从控制系统在其中需要完成的控制任务主要是负荷均衡，按照机械联系的紧密程度不同，从控制系统又可以分为三种类型：①刚性联系。电机之间的连接是通过短粗的轴来实现相连的，所以适宜采用转矩环均衡控制系统来实施（既为TLBS），该从控制系统中只有转矩环，没有转速调节器，其中所需的转矩给定是通过主系统调节器的有效输出来实现的。②弹性联系。电机之间的连接是通过细长的轴来实现相连的，所以适宜采用转速环均衡控制系统（既为SLBS）。③S辊类联系。系统中的S辊通常由2个～3个辊组合而成，均被电机来实施驱动，各个辊之间没有相应的机械轴连接。

3 结语

综上所述，我国当先工业化生产已经逐步实现完善，尤其冶金行业的发展在极大程度上推进了各个行业的进步，在一定程度上加快了各类基础设施的建设步伐，而在各种基础设施建设的过程中金属是重要的施工材料，为金属制品行业的发展提供了更加广阔的市场。