轧钢厂辊道西门子变频传动控制系统研究

辛叙征

（承德钢铁集团有限公司，河北 承德 067000）

现阶段，经济发展速度逐渐加快，工业手段中智能化设备和自动化设备逐渐出现和应用，而变频器驱动作为生产过程时主要的自动化设备在钢铁企业中得到了广泛应用。这主要是因为变频器驱动具有较好的智能化设备功能，与网络之间能够形成良好的互通和共融，对信息可以实现最短时间内的传递，为工业的可持续发展开拓了良好的方向。同时变频驱动器对于传统的工业发展和产业的进步也有一定的创新作用，对推动产品的质量升级和优化改造具有一定的意义，可有效降低企业生产能源的消耗和对资源的浪费，从而可以更好的推动整个企业生产技术的更新和换代。

1 变频器的基本结构及工作原理

变频器作为一种电源装置，可以有效的改变频率和电压。通常情况下，变频器主要分为两个大类，区分依据主要为转换链接的不同，分别为AC-AC变频器和AC-DC-AC变频器。

交流变频器可以对交流电进行频率的转化，主要将固定频率转化为连续可调的频率，省时省力，操作过程较为简单，使用交流变频器可以最大程度的节约时间。对于AC-DC转换器而言，在对交流电进行转化的过程中，可能会出现变直流电为交流电，这主要是因为该环节步骤操作较为简便，很大程度上节约了人力和物力，对于电动机效率的提升也有促进作用。同时AC-DC转换器主要包含主电路和控制电路两个环节，对于变频器的使用而言也极为重要。

2 变频器的选用

2.1 变频器的基本功能选择

在对变频器进行选用时，需要从两方面着手来对其进行全面的考虑，通常表现为辊道的要求和驱动系统的组成两个环节，其中，电动机内部的变频器必须具备以下3个功能:第一，对电动机内部的加减速度进行有效的控制，使其与动态转距之间的具体需求相契合，还需要将整个电流速度控制在承压能力范围之内，降低因电流超速或低速对整个电路造成安全事故的问题。变频器需要具备较好的再生制动功能，从而可以为加减速度的时间做出良好的调控，对速度进行控制之后，可以降低因能量的随机释放而产生的破坏；第二，对电动机做出速度范围的调控，将调速范围与调速模式之间形成一致性，可供操作人员选择，从而可以适应变频器与周围环境的契合度；第三，通信功能对于变频器而言也极为重要，从而可以更好的实现控制信号的传递，提高可控速率的精准度。

2.2 变频器的供电方式选择

使用自动化的电动机来提升轧钢产线上的各种辊道效率，还可以提高其稳定性，然而，如果对每个电动机都做出变频器的制定，就会增加产线成本，降低利润的获取，甚至会严重限制后期生产产品的质量提升，无法为整个产线的可持续发展做出保障。同时，辊道内部的控制器一旦使用数量较多，就可能会出现后期连接的反馈差异性，从而可能会使能量转化之间的不一致。所以，在钢铁企业内部的线路进行多电机驱动时，可以采用DC总线电源，如图1所示。

图1 公用直流母线主电路结构图

2.3 变频器容量计算

变频器的额定电流值≥K[N×IMN＋n(IMDN－IMN)]。

式中N一组中的辊道电机数量。

IMN一辊道电机额定电流（通常为辊道组选择一个变频器，并且辊道组中的辊道电动机的型号通常相同，几乎没有例外）。

IMDN一辊道电动机堵转电流。

n—可能被阻塞的辊道电机的数量（可以是电机总数的一定比例，也可以是输送对象可以覆盖的活动辊道的数量）：

K一系数，一般取1.1或大于1.1，不言而喻，它与所选取的变频器的质量有关。

示例：辊道工作台使用两个变频器供电，每个变频器提供15台电动机，n选择5台。根据逆变器所需的功能和电源模式选择6SE7035-1EK60型机柜，额定电流510A，容量250KW，电动机参数根据现场电机读取。

变频器容量验证：510≥1.1[15x16.1+5x(60-16.1)]=507.1

通过计算公式可验证出，所选取的变频器符合要求。

3 系统方案

本文选择钢铁厂使用比较广泛的西门子6SE70变频器说明。

根据辊道对驱动系统的要求，采用西门子6SE70系列变频器控制电动机的驱动，采用西门子6SE70系列变频器的开环v/f控制方式来实现对变频器的控制。同时控制辊道电动机的正向和反向旋转，高速和低速的信号可以来自PLC逻辑控制，也可以直接来自控制台。

3.1 主回路设计

主回路设计中主要包含逆变器和各类单元，帮助公共线路功能和效用的最大化发挥，还可以实现用电机内部驱动器使用的效率提升，为企业节约一定的生产成本。其中，主回路部分的具体构成要件如下:

3.1.1 熔断器

熔断器的主要功能是保护电网内部的半导体设备，甚至对于其它的整流器也有一定的安全辅助功能，但在使用熔断器的过程时，需要对其做出种类和特征的判别，才可以更好的发挥短路保护作用功能。

3.1.2 接触器

接触器作为变频器与电源之间的连接装置，可以更好的对电网进行有效的控制，一旦出现可能会影响正常操作流程的现象时，接触器就会发挥作用。

3.1.3 进线滤波器

进线滤波器主要有两种功能:第一，对变频器的电压进行降低；第二，减少整流电源产生的电线干扰。

3.1.4 进线电抗器

进线电抗器主要的功能是降低谐波。

3.1.5 输出电抗器

输出电抗器可以有效的对电动机之间减少距离的限制。

3.1.6 正弦波滤波器或dv/dt 滤波器

该滤波器主要作用于上升速率与电压峰值两类，起到良好的作用。

3.1.7 输出接触器

输出接触器可以有效的将电机与变频器之间进行区分。

3.1.8 (24V)辅助电源

一旦电源在运输时出现电路的短路或电源的消失现象时，就需要辅助电源来保证整个电网能够正常运行。

3.2 控制回路设计

控制回路设计主要是对辊道输送变频调速系统进行有效的控制。

3.3 变频调速系统的运行

变频调速系统内的整流器和反馈单元的主要工作原理如下图2所示，从下图中我们可以发现，整流器和反馈单元在具体运作时由三相电源进入，还可以对其它的电子装置进行有效的操作和参数调整。

图2 整理/回馈单元电气原理图

为有效的降低电网中产生的谐波，需要使用电抗器来对整个设备内进行有效的电压降低。其中，自动变压器的使用优势表现为：

（1）确保电动机在再生状态下可以达到最大转矩。因为，为了防止逆变器运行期间有源逆变器桥的逆变器颠覆，最小逆变器角度βmin约为30°。如果未施加变压器匹配电压，则整流器桥在整流状态下的最小值αmin也是左右30°，直流母线电压降低，电动机转矩降低。

（2）电机提前进入弱磁区域的主要原因在于直流母线的电压产生了变化，电压降低是出现该项现象的根本。

（3）在低功率因数和电网干扰的情况下，有效隔离。

在公共DC总线上，不同负载它们所处的运行状态也具有较大差距，目前，总线电压和电流出现较大变化的主要原因在于总线负载的频繁制动，这对电路整体会产生恶劣影响，因此必须加强对电压和电流的有效管理。

直流逆变器主要的工作电压范围是280至930V，其工作区域主要位于不同电压等级的直流电网。在下图4.6中展示了当前逆变器的主要结构，图中展示了直流连接线、参数设置和操作组成电子版本单元以及控制和调节盒这些配件，为了保障电路的使用寿命，弱化电机绝缘老化现象，相关操作人员。可以在变频器和电机之间应用长电缆，它能有效规避额外峰值电压和电流的产生。

DC逆变器简单来说，不同电压等级的直流电网是DC逆变器的中央工作环境，其电压主要位于（280～930）V之间，在其组成部分中主要有直流连接母线、参数设定与操作单元、控制和调节的电子版箱等。为了进一步提高DC逆变器的使用效果，参观工作人员可以应用输出电抗器与du/dt滤波器进行有效调节，特别是变频器与电机在长时间的工作下会产生一定的峰值电压和峰值电流，最终使得各项元件出现老化故障，减少了当前设备的使用寿命。

在当前公用直流母线的应用状态下，由于受到运行状态的影响，会让装置设备产生严重的负载，最终会引起母线电压与电流的大规模变动，破坏母线其它负载的正常运行。为了进一步降低事故发生的概率，相关工作人员要及时的调整电压电流，确保各项设备处于正常的运行状态。

图3 逆变器的原理图

4 结语

西门子 6SE70系列变频调速系统具有方便、灵活、精度高的优点，但也需要较高水平的维护和调试人员。因此作为钢铁企业技术人员在使用6SE70期间要根据具体情况和硬件条件，灵活运用西门子6SE70变频器设计，变频调速系统，并勤于学习，以满足复杂过程控制的要求。