高速线材精轧机LCI系统浅析

吴 振

（河钢股份有限公司承德分公司 河北省钒钛工程技术研究中心，河北 承德 067000）

1 精轧机LCI系统介绍

SIMOVERT S变频器又名LCI系统为Load Commutate Inverter的英文缩写，即负荷换相变频器。是交直交电流型变频器，中间直流回路储能元件为电抗器。SIMOVERT S变频器是一种电流源交直交变频器，用于连续的调节速度或同步电机的软起动。典型的应用为：电机速度可达到6000rpm，作为软起动器速度可到同步速度。SIMOVERT S变频器电机的调速范围可为1：10～1：100，根据需要用户可选择功率部分风冷或水冷方式，水冷时最高功率可达到70MW。SIMOVERT S变频器由于简单的布局使得可控硅较少，维护方便，性能高效可靠。SIMOVERT S变频器的特性使得在工业中用于连续调速，比较适合在钢铁行业轧线大功率电机拖动中，要求较高的场合中应用。

2 系统结构

整个SIMOVERT S控制系统的系统结构有：①驱动系统；②SIMOVERT S 6SB20变频器；③电机；④进线整流变压器；⑤进线断路器。

2.1 驱动系统

驱动系统由以下组件构成：SIMOVERT S 6SB20变频器；同步电机；变频器整流变压器；主回路高压断路器。

2.2 SIMOVERTS 6SB20变频器

在12脉动功率柜中有2个进线整流柜，2个中间直流回路电抗器，2出线逆变柜励磁部分。励磁柜由DC MASTER直流调速器组成的直流励磁。开环和闭环控制。开环和闭环控制根据功能可分为：跟传动有关的开环和闭环控制；面向系统的开环控制。跟传动有关的开环和闭环控制包括以下功能：①速度控制；②电流控制；③给定发生器；④可控硅监视；⑤跟变频器有关的组件控制和监视，例如主回路高压开关，励磁系统。面向系统的控制能够参数化的监视功能有：进线变压器；出线变压器（可选）；同步电机。还有一些可选的功能通过以下方式实现：PROFIBUS；个别的开关量和模拟量端子控制信号。

2.3 电机

电机可以运行同步电机带无刷励磁；同步电机带直流励磁；在无编码器方式或低速时有编码器方式运行；在高线精轧机控制中，用有编码器，直流励磁同步电机。由于电机是传动控制系统的一部分，所以电机保护监视可以在变频器系统控制中实现。电机保护监视包括以下功能：①电机定子绕组温度监视；②电机轴瓦温度监视；③电机轴瓦油压监视；④电机进出口空气温度监视5、电机冷却水漏水监视。

2.4 进线整流变压器

进线整流变压器电气设计选型根据要求得出结论：额定功率；过载能力；由于变频器的无熔断器设计，必须考虑故障时短路电流限制加整流变压器的目的；提供适合变频器电压要求的电源；跟电源与变压器的电气隔离；进线变压器必须适合进线整流桥要求的电抗。12脉波驱动系统要求变压器副边为双绕组，两个绕组相位互差300。根据需要，还要为励磁回路提供励磁变压器和进线电抗器。

2.5 进线断路器

进线断路器通常要选中压级别的，接在进线变压器原边。进线断路器不能直接给变频器供电，进线断路器受变频器控制和监视。

3 功率部分

为了适应大功率电机运转电流较大的需要，我们选用进口先进功率可控元件，并分别用于进线整流器和电机侧逆变器，但又因其在工作过程中并不完全一样，因此，这些大功率元件在选用时考虑到过电压抑制、接地检测、直流回路电抗器等问题，其组件结构如图所示。

图1 进线断路器组件结构

3.1 晶闸管组

晶闸管组由六个晶闸管和七个散热片组成，用弹簧将固定式晶闸管装置与张力螺栓压在一起；这样晶闸管与压块之间的接触力可达7000牛（+20%／-10%），而与975mm压块之间的接触力可4000牛（+200／4%～10%）。

3.2 缓冲电路（RC电路）

每个晶闸管都有一个由电阻和电容组成的吸收电路，其组成元件能够保证供电电压的均匀分配（对于某些串联式晶闸管）在晶闸管关断时限制电压的上升率和超调量。

3.3 晶闸管的触发板

晶闸管可通过触发板的光触发对Al～A6进行间接触发。

3.4 电抗器

直流回路电抗器用于使进线侧变频器与电机侧变频器隔离并使直流更平滑。当发生故障时，靠它的电感和线路电抗来限制电流的上升率。每一个直流回路电抗器都是由两个磁耦合绕组所组成。两个绕组在直流母线上对称分布，这样就可使系统分布实现对称。两个电抗器的半绕组被分配给两个直流回路。这样配置就使其可以减少尺寸和重量并减少铜耗和铁耗。在1和2串联时，互相去耦使有其独特的优点。除减少铜（铝）和铁的损耗而外，还可以减少能量损失。

3.5 电流互感器

电流互感器装在各个系统连接母线输出相（U和W）。进线侧电流可以在直流回路中测量。带有霍尔发生器的电流互感器的主要特点是其直线性特别高（±0.1%），对外磁场的敏感度特别高并且其精确度可以达到±0.5%（参照IN）。一次电流线路与二次电流线路是分离的，对其电子元件部份可提供24V的稳压直流电源用电压互感器进行VM传感，为了触发电机侧逆变器的可控硅，电机电压必须在0Hz～100Hz的频率范围内进行高精度的比例模拟。串联电阻与互感器主级相连。电阻的阻值应选择应于供电电压相匹配。这样，二次测额定电流就可以接近20mA，从而可使最高测量精度达到±1%。对电子元件部份也可以提供24V稳压直流电源。对于12脉冲的变频器来讲，VM只测量系统一的输出电压。在V．W和W．U相间进行连接。

3.6 接地漏电检测

整个电源部分都是没有接地的，不管何处绝缘出现故障都不会影响电流流向大地，绝缘本身出现故障并不影响运行。但是这种故障会导致其它相的电压升高。从长远观点来看，这种电压升高会导致绝缘的进一步损坏，从而导致短路。

一般说来，为了避免出现这种危险，当出现绝缘故障时，应立即使驱动系统断开断路器。通过星形连接中性点，电阻电压降与接地电压降对比的方法在三相（进线侧）输入和三相（电机侧）输出处进行故障检测。从而就对整个动力线路，包括变压器二次绕组、电机定子绕组和直流回路进行了检测和监控。

3.7 风扇

风扇安装在功率柜柜顶，靠旋转叶片使空气流动达到散热目的。风扇功率大小根据环境温度，功率柜发热情况选择。风扇供电保护由热负荷开关负责。晶闸管所需的冷却空气由装在风扇经门缝吸入，流经晶闸管的热量快速向上排出。

风压开关监视空气冷却风量和风扇，工作范围在100Pa～1000Pa，风压开关检测经过功率元件的风量压力大小，与设定的值比较。变频器工作如果测量值大于设定值，风压开关触点闭合信号传到控制系统。反之，故障“Fan Off”报出。

4 结语

通过技术人员对精轧机LCI控制系统的深入研究，对整套系统和控制原理有了更透彻的了解，能够快速解决精轧机大多数传动故障，不仅确保了精轧机运行的稳定性，还节约了外聘人员的费用。同时，为河钢承钢建设热轧卷板、冷轧板等高智能产线培养了人才和积累了技术。