直流传动装置在铸轧机上的运用研究

刘 娜

（ 黑龙江特通电气股份有限公司，黑龙江 哈尔滨150028）

全数字直流控制系统实质上就是采用三相桥式模块驱动电动机运转的装置类型，其在稳态精度、动态化相应等方面均占据优势， 在国内外直流电机控制领域中的应用范围不断拓展。且近些年研制出的新全数字直流控制调试方法日渐多样化、故障诊断功能明显提升、控制算法精确度简洁可行，用于工业生产领域中，以多样化控制功能为支撑，保证了产品生产过程的安稳性，提升工业产品品质。

1 项目概况

某厂内配置的1# 铝带坯铸轧机组为20 世纪90 年代设计制造的， 铸轧生产线配置了电子控制线路。 历经数十年的运行历程， 对运行张力及速度指标控制的准确度均有跌落趋势，成品率整体偏低；系统性能指标出现了较明显的波动、零部件磨损现象较为显著、故障发生率偏高、停运停产情况时有发生，难以迎合工厂经济快速发展的主观需求[1]。 鉴于以上情况，本厂拟定改造铸轧机直流控制系统， 用2 台全数字直流控制将原有电子控制线路取而代之，已知单台台电机功率、额定电压与电流依次为3500kW、800V、4900A。

2 铸轧机工艺及直流控制系统的介绍

2.1 铸轧机的生产工艺

处于熔融状态的铝液历经保温炉熔炼处理， 继而被整合至流槽、除气装置，而后进入到前箱，经铸嘴设施进到铸轧机辊缝内，在铸轧机作用下被制造成铝带坯，带坯产品会被夹送辊转送到铣边机，该机械设备利用自身附带的液压剪切头对其两侧边进行铣切处理，最后使用偏导辊将产品运输至卷取机。

2.2 直流控制系统

电气控制是铝带坯铸轧工艺体系的重要构成， 该工艺运转阶段对电器控制速度安稳性提出了较严格要求，尽管不同控制系统运行速度存在一定差异性，但运转、调整阶段速度稳定使最基础的要求。 常规作业条件下要求单方向运作，而为迎合检查、维修、调试等工作需求，可以逆向运转。

上、下辊电机运作阶段均统一使用主从控制形式，闭环控制系统在上辊电机速度调整阶段起到主导性作用，速度给定设施设定速度指标，并传送出转矩设定值；下辊电机运转速度调整阶段对转矩闭环控制表现出较高依赖性，其负责接收上辊电机系统传递出的转矩值。 可以结合现实生产要求， 调整及配置两台电机负荷，借此方式保证两台铸轧辊能协调、高效率运转。

3 全数字直流控制及在铸轧电机上的实践应用

3.1 系统构成

3.1.1 1900A/660V 直流控制器（ 12 台），被细分为两组，分别负责调控上、下辊电机的运行状态。

3.1.2 600A/380V 直流控制器（ 2 台），功能以调控电机励磁为主。

3.1.3 GE9030 PLC 系统（ 1 套），调控系统的运行逻辑。

3.1.4 供电系统（ 2 套），分别负责为上、下辊电机运转过程提供电能，每套系统上均配置了由1 台变压器（ 35kV/800V），变压器二次侧构成以 、Y 绕组为主，两个绕组相差30°。 此外，上辊主机利用4～20mA 模拟量将设定的速度信号传递给下辊，以保证电机运行速度的同步性。

3.2 系统特征

3.2.1 以自然零序电压原理为支撑，动态检测电网对地的电容电流。

3.2.2 电网正常运转阶段，减少补偿电抗的使用量，能较有效的规避串联谐振过电压；若电网运行阶段出现了单项接地情况，则本系统能够在极短时间内进行最适宜的补偿[3]。

3.2.3 本系统中增设了消弧线圈， 其不干扰基于功率方向原理而大规模使用的单项接地保护设施运行过程，这样就不要大范围的调换设备设施，有益于降低电网的运行成本。

3.3 主传动的并联式调控

本文以上辊系统作为实例进行阐释说明。2 组六脉冲的可逆式整流桥经由平衡电抗器后，以并联形式衔接，共同构成了12相整流电路， 为电枢供应电能。 △、Y 绕组的供电对象依次是1～3#、4～6#控制器。 第1 组内3#作为主控制器，其他2 台控制器经由并口和3#间传导通讯信号，3#控制器能在相同时间点将触发脉冲传递给1#、2#控制器。 第2 组内5#是主控制器，其负责把触发脉冲传送给4#、6#控制器，借此方式确保各组上任一控制器均能接入到相同电源上， 同时触动同相的可控硅。 为确保均流效率符合铝厂业务运作需求， 拟定将3#控制器规划为速度、电流双环式控制系统、5#内仅带有电流环。3#能经串口将本机电流顺利传送给5#，而后调整3#、5#控制器的电流环响应，维持两者的统一性。对6 个输入电抗器的运行状况进行准确测算，借此方式保证均流情况能符合改造设计要求。 现实运转阶段均流效率达到了97.1%。

3.4 并联装置的同步式切换

并联装置正逆方向切换动作的同步， 是从最基础的环节维持装置正常运作、降低逆变颠覆等不良情况发生率的主要方式之一。 为确保电流传输方向转变时两组控制器均不形成环流，拟定把第1 组内3#主控制器调整力矩方向信号命令传递给另一组5#控制器，而把另一组内5#主机调整力矩方向的信号命令传递至第1 组内的3#主机。 通过落实以上措施保证各组主控制器只有在电流均为零的工况下，方能实现切换至反组桥上的目标。

3#控制器经由串口将电流给定传导至5#控制器，两个主机之间以点对点形式为支撑传导电流过零信号，若能确定3#电流已经跌落至零点并且与切换条件要求之间相吻合，则提示3#可以点对点模式为支撑将相关信号反馈给5#，同理，在相同的工况下，5#也能将电流给定信号传递给3#。两主机在接收到对方传导的过零信号以后，便能快速切换动作。

3.5 主传动的励磁控制

因为主传动阶段形成的励磁偏大（ 对应的电流为499A），故而推荐单用控制器提供电能的方法。 该控制器运转阶段应用了仅有电流环的恒流作业模式，针对测算电枢的反电势与设定磁通的工作，选定在3#控制器中进行，以磁化曲线为依托促进电流给定的产出过程，而后3#主机再经由串行口X 162 把电流给定传输至励磁控制器内，通过落实以上过程实现对励磁的有效调控。

已知，磁场额定电流是500A，为强化3#主柜控制器、磁场柜两者励磁电流的匹配度，拟定把其对应的额定电流依次设定为40A、600A， 则此时3#主柜内的P 102 实质上就是电机励磁对应额定电流，可采用如下公式进行测算：

500/ 600= P102/40

在这样的工况下，当3#控制器内额定电流为33A 时，励磁控制器便可以输送出500A 的电流，提示励磁控制效果较好。

3.6 系统调试

在调试阶段发现辊道电动机启动、停止时间相对较长，明显滞后于主机启动速度，而诱发不同步的问题。 针对以上情况，拟定调整流器调试参数RAMP（ 给定积分），将加速、减速由10s 调整到3s， 进而使辊道电动机的启动电压、 母线相电压分别为6200V、3600V（ 全电网电压均值＜6200V），控制器提示＜6300V时，电网单相接地电容电流为41.4A，折算到6200V 是40.7%。牵拉吊一个长度为1000m 的电缆，电容电流降至37.7A，强该段电缆再次安装到电网内， 现实电容电流是40.4A， 两算均投入后，提示为41.4A，提示电容电流检测基本准确。

结束语

本文提及的改造内容在2017 年铝厂大修阶段整体落实，两年运转阶段无故障发生。 这提示将全数字系统用于直流控制系统内，能显著提升系统的智能化程度，强化运行过程的安稳性，外部布设的控制线路较为简洁， 较明显的减少系统运维量，间断故障位点最查找、原因分析的实践；提升了系统控制的准确度，速度、张力误差分别是±1%、2%，达到了改造设计要求，明显改善了产品质量，降低生产原材料的耗用量，协助铝厂运营阶段增加生产量，提示全数字系统具有较高的推广价值。