耿瑩瑩

（萊鋼集團設(shè)備檢修中心，山東萊蕪，271104）

交交變頻調(diào)速系統(tǒng)簡介

耿瑩瑩

（萊鋼集團設(shè)備檢修中心，山東萊蕪，271104）

本文主要介紹鋼材成品生產(chǎn)線上主傳動調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成及應(yīng)用，重點說明了調(diào)速系統(tǒng)的組成及其工作原理。關(guān)鍵詞：交交變頻；處理器；連鎖保護

0 引言

山東鋼鐵萊蕪分公司某鋼材生產(chǎn)線共有主電機4臺。分別為粗軋機1臺，精軋機3臺，共4套主傳動調(diào)速系統(tǒng)，全部采用交-交變頻調(diào)速。主傳動電動機為交流同步機，控制器是西門子公司SIMADYN D全數(shù)字64位處理器組成的矢量控制器，功率裝置采用Y連接的交流偏置式結(jié)構(gòu)，功率元件全部為西門子產(chǎn)品，以保證質(zhì)量。在同步機的后部安裝有編碼器，用來測量電機的轉(zhuǎn)速。

1 電動機主要技術(shù)數(shù)據(jù)

以粗軋主電機為例說明，主電機為同步電機，極數(shù)為12極，額定功率5500KW，最高轉(zhuǎn)速60—100r/min，定子額定電壓1650V，定子額定電流2003A，頻率范圍為6—10HZ。勵磁電壓直流210V，勵磁電流510A。過載能力：200%額定（基速以下60S），275%額定直接作用于跳閘。主傳動交-交同步電機定子及兩側(cè)軸承配有溫度傳感器，主傳動電機安裝接地碳刷以消除電機軸向電流，主電機冷卻方式采用背包水冷卻方式。

2 電機定子回路

2.1 定子回路整流變壓器

主傳動電動機定子主回路采用3臺干式三相整流變壓器，容量為3700KVA。變比35kV/1150V，短路阻抗ek%=7.5%，對電網(wǎng)形成12相脈波整流，減少對電網(wǎng)造成的諧波。定子主回路如下圖1所示。

整流變壓器配有超溫保護、高溫保護接點輸出，與高壓開關(guān)回路進行聯(lián)鎖，由于變壓器為干式，所以沒有瓦斯保護。主回路進線經(jīng)高壓開關(guān)柜接到整流變壓器，每臺整流變壓器低壓側(cè)分別接至3套晶閘管變流裝置。

2.2 定子晶閘管變流器

電動機三相定子繞組接法為Y形，3套變流裝置的正輸出母線經(jīng)3臺主接觸器接至同步電動機三相定子繞組，負輸出母線短接在一起，構(gòu)成Y形三相交-交變頻變流器。三相輸出交-交變頻器特點：（1）電流三相正弦波，附加損耗較小，脈動轉(zhuǎn)矩??；（2）無環(huán)流控制下的輸出頻率≤20HZ；（3）主回路比較復(fù)雜，元器件較多，需要36個晶閘管。由于電動機三相定子繞組的星點與三相變流器輸出的星點是斷開的，便具有一定的交流偏置，使得裝置輸出相電壓為梯形波，但線電壓為正弦波。因此相電壓輸出能夠降到原來的85%左右，使整流變壓器二次電壓降低，變壓器容量也可以選的小一些。本系統(tǒng)觸發(fā)脈沖采用寬度為36度的脈沖列。

圖1 定子主回路

晶閘管變流柜的主回路采用三相全控橋式線路。由于實際電流切換存在“死時”，變頻器輸出的電流和從電網(wǎng)輸入的電流就不是完全準確的正弦波；此外，如果電流切換時的“死時”越長，產(chǎn)生的諧波也就越大，嚴重的時候還會造成變流裝置輸出能力下降，無謂地增加損耗。一般我們都把交交變頻系統(tǒng)的無環(huán)流電流切換“死時”控制在2 ms以內(nèi)，以達到我們預(yù)期的目的，使之盡量少產(chǎn)生諧波，增加變流裝置的輸出能力。要想避免“死時”對變流裝置所帶來的不利影響，我們首先必須要準確地檢測出電路中的零電流。在這里主要是采用零電流檢測器，這個元件比普通的門坎檢測要準確、迅速，是保證電流切換控制在很短時間內(nèi)的最重要手段。在變流柜內(nèi)，每相變流裝置還具有一個電壓傳感器，用來檢測定子實際電壓，并能夠在面板上顯示出來，供現(xiàn)場操作人員查看并監(jiān)視裝置的正常與否。

晶閘管變流裝置還裝配有故障檢測功能，只要內(nèi)部有故障發(fā)生，可以及時發(fā)出報警信號，并且能夠進行系統(tǒng)聯(lián)鎖。而且具有記憶功能，當(dāng)技術(shù)人員檢查維護時，可以查看故障并準確地推斷出產(chǎn)生故障的位置，從而能夠快速地排除故障，給檢修作業(yè)提供了很大的方便。

晶閘管變流裝置還具有開門保護功能，即：在高壓開關(guān)合閘后，此裝置是不允許打開柜門的，如果強行打開，就會立刻聯(lián)鎖高壓開關(guān)柜，使得斷路器跳閘，以保證人身安全。

3 電機勵磁回路

3.1 勵磁變壓器

粗軋機勵磁回路為干式整流變壓器供電，容量為500KVA，變比10KV/600V，每臺電機系統(tǒng)用1套繞組。接法為D/Y-11，二次電壓600 V，短路阻抗5.5%，干式變壓器。配有超溫保護接點，與高壓開關(guān)回路聯(lián)鎖，同樣，由于變壓器為干式變壓器，所以沒有瓦斯保護功能。

3.2 勵磁晶閘管變流器

勵磁回路與定子回路不同，勵磁回路為晶閘管三相全控不可逆整流橋，電源通過整流橋輸出后直接接到電動機的勵磁繞組上，用于電機的勵磁。

為了防止在故障情況下轉(zhuǎn)子過電壓而損壞晶閘管，在勵磁柜外專門配置了一套高容量壓敏電阻，用來吸收勵磁回路中的過電壓；此外，還具有快速過壓保護回路。這樣就完全能夠保證勵磁回路的安全，從而保證了電機和變流裝置的安全運行，防止發(fā)生危險事故和故障。

4 變頻控制系統(tǒng)

此系統(tǒng)的變頻控制為西門子公司的SIMADYN D數(shù)字控制柜。本系統(tǒng)軟件為UNIX操作系統(tǒng)，安裝了西門子公司開發(fā)的編程軟件。系統(tǒng)硬件設(shè)備主要由主機箱和輔助機箱以及接口端子板等組成。主機箱主要由通用微處理器單元、專用微處理器單元及各種輔助單元、接口單元、通訊單元及電源等組成。

本系統(tǒng)處理器單元目前是具有64位的處理器，分為四個部分。第1個處理器(PM6)主要是為了完成系統(tǒng)起停的速度邏輯控制等任務(wù)；第2個處理器(PM6)主要完成矢量控制、磁通控制等任務(wù)；第3個處理器(EP22)主要是三相變流器控制，主要完成三相交流電流控制；第4個處理器(PM6)完成勵磁電流控制、故障處理、主回路合分閘、操作面板OP控制、通訊等任務(wù)。

主機箱與現(xiàn)場電動機的信號、數(shù)據(jù)等信息的交換是通過Profibus_DP通訊連接ET200遠程站來實現(xiàn)的。在系統(tǒng)輔助控制柜中安裝1套遠程I/O站，用來完成系統(tǒng)內(nèi)、外控操作、開關(guān)操作聯(lián)鎖、報警及故障顯示等?，F(xiàn)場每臺電動機旁也要設(shè)置1臺遠程I/O站，用來采集電動機溫度、軸承潤滑、機械聯(lián)鎖等信號。當(dāng)信號采集到遠程I/O站后，再通過DP線通訊到主機箱中，參與連鎖保護等。

5 故障保護聯(lián)鎖

本系統(tǒng)通過硬件、軟件可以實現(xiàn)多種保護功能，具有故障、報警、聯(lián)鎖、記憶、復(fù)位等綜合處理能力。

檢測并參與聯(lián)鎖的故障主要包括：定子回路的過電流、過電壓；轉(zhuǎn)子回路的過電流、過電壓；堵轉(zhuǎn)、變流裝置故障、高壓開關(guān)故障分閘、欠勵磁、電源欠壓、變流裝置風(fēng)機故障、電動機風(fēng)機故障、電動機冷卻水系統(tǒng)故障、主變壓器超溫、電動機超溫、電動機軸承超溫、電動機潤滑故障、機械潤滑故障等，以及通訊故障等。所有能給電機或者控制系統(tǒng)帶來危險的因素都能夠檢測和保護。

6 結(jié)束語

此套系統(tǒng)為西門子公司比較成熟的一套控制系統(tǒng)，雖然結(jié)構(gòu)有些復(fù)雜，但是它具有運行穩(wěn)定、故障率低、效率高等諸多優(yōu)點，在很多場所，尤其是冶金、紡織、礦業(yè)等場所都有廣泛地應(yīng)用。

[1]馬小亮.大功率交—交變頻調(diào)速及矢量控制，機械工業(yè)出版社，2004年07月.

[2]張燕賓.SPWM變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù)，機械工業(yè)出版社，2012年01月.

[3]李鴻儒.西門子系列變頻器及其工程應(yīng)用，機械工業(yè)出版社，2013年09月.

Introduction of alternating current frequency control system

Geng Yingying
(Equipment maintenance center of Laiwu Steel Group，Laiwu Shandong，271104)

this paper mainly introduces the composition and application of main drive speed system in the production line of steel products, and points out the composition and principle of the speed regulating system.

alternating current frequency conversion; Processor; Chain safeguard