装钢机电机功率不足的故障分析及解决方法探讨

2020-07-03李广毅

科学与信息化 2020年13期

李广毅

摘要结合安阳钢铁股份有限公司第二炼轧厂1780热连轧加热炉装钢机电机实际使用工况，介绍现场装钢机电机功率不足出现的故障现象和解决方式。

关键词装钢机电机;转矩;功率;力矩

引言

安阳钢铁股份有限公司第二炼轧厂，拥有年炼钢600万吨，轧钢550万吨的能力，其中1780热连轧生产线中加热炉是重要的工艺设备。该生产线建有三座加热炉，每座加热炉加热能力350吨/小时，正常生产时要求每140秒就要装一块板坯到加热炉内，装钢节奏非常快，这就要求装钢机运行平稳，不能出现严重故障。

每座加热炉配备2台装钢机，装钢时，装钢机采用液压升降托举板坯，然后电机拖动装钢臂前进到设定位置，液压缸下降，到位后电机带动装钢臂后退到初始位置，往复循环，完成加热炉装钢过程。

根据订单不同，板坯重量在16-32吨左右，每座加热炉装钢过程时间控制在50s之内。装钢机平移采用相同两台电机共同驱动，电机之间通过硬轴连接，电气控制采用转矩主从控制的方式，变频器使用两台ABB ACS800系列多传变频器调速，额定输出电流147A。

原电机参数如下：

型号：YTSZ225M-6 额定功率：30kW

额定电压：380V 额定电流：55A

额定频率：50Hz 额定转矩：290Nm

额定转速980rpm

装钢机从工程投产后，各种故障频发，其中困扰最大且影响生产顺行的就是装钢机电机变频器频繁报2310过流和2340短路故障，每次报故障只能更换变频器，几年下来陆续更换十多台变频器，造成严重备件浪费。为解决这个问题，我们对此问题进行了多方面的分析论证。

1故障原因分析

1.1 传动控制原因

加热炉装钢机变频器采用ABB公司成熟的ACS800-104-0175-3多传变频器，系统软件版本7.3，采用DTC直接转矩控制方式。变频器频繁报过流和短路故障，经过多次检测排除现场电缆和电机短路后，怀疑变频器设定参数有问题，于是多次调整更改变频器参数和对电机进行辨识[1]。

ABB ACS800系列变频器速度控制器基于PID控制，传递函数如下：

变量u是速度控制器的输出，e是速度误差信号（实际值和给定值之差），Y是输出，Yr是给定值，U是控制器的输出;

通过DRIVEWINDOW软件，监控1.06电机电流，1.02电机速度，1.07电机转矩，2.18电机速度给定，2.19从机速度给定，2.20从机转矩给定等信号，多次分析对比各项参数，发现电机电流、速度、转矩在启动时都有震荡现象。于是根据波形反映的实际情况多次调整电机速度给定的24.03增益KPS、24.09积分时间TIS，观察波形并记录分析，最终发现：当速度增益KPS增大时，电机电流和转矩也随着增大，震荡更加频繁，电流和转矩频繁超过限幅后报故障停机;当速度增益KPS减小时，电机电流和转矩减小，但速度来回震荡甚至出现负转矩，电机在启动时速度来回震荡;配合增益同时多次调整积分时间，当积分时间减小时震荡加剧，增加积分时间过大时也没有速度反馈，电机启动失败。

通过多次调整参数尝试，电机运行状况没有改善，伴随着装钢机使用年限增加机械磨损情况更加严重，变频器过转矩和过电流的情况更是频繁出现。從变频器入手已经不能解决该问题，只能考虑电机功率不足的可能性。

1.2 电机转矩验证计算

装钢机动作为装钢机上推头将辊道上的板坯推正、升起、前进、落下、退回，在推正和托起板坯前进的过程中消耗的能量较大，并且根据现场实际观察统计，电机过流故障主要发生在板坯推正后装钢臂抬升到位后报闸打开瞬间，此时电机驱动齿轮的力矩是为了克服摩擦力与重力的轴向分力对齿轮产生的总力矩，图解分析如图1。

根据力矩平衡原理于是有

[2]

其中P计为计算出的机械功率;

n为驱动齿轮转速，根据电机最大转速和减速比计算为19.6rpm;

Fm为托轮和压轮对装钢臂产生的摩擦力，查机械图纸数值计算后约为18000N，考虑到现场磨损和润滑等情况，取系数1.1，总摩擦力19800N;

G1为板坯重量，最大32000kg;

G2为装钢臂重量，查图纸11320kg;

α为抬升角度，根据现场测量计算，α约为2.3度;

d为驱动齿直径，查图560mm;