摘要：熱軋待鋼生產(chǎn)過程中，在軋鋼生產(chǎn)線上進行鋼鐵產(chǎn)品的生產(chǎn)環(huán)節(jié)的操控技術含量高、規(guī)模較大、生產(chǎn)性投資也高。通過電子注入增強門極晶體管（IEGT）為功率元件的新型三電平中壓變頻調(diào)速系統(tǒng)等胸痛的改進，大大提升了軋鋼生產(chǎn)線生產(chǎn)效率，解決了鋼鐵生產(chǎn)線中軋制瓶頸問題。

關鍵詞：三電平變頻器;熱軋;主傳動

一、前言

現(xiàn)代軋鋼生產(chǎn)過程核心設備是變頻器控制交流電機，其控制性能關系到軋鋼速度控制和機架之間的速度配合，對于軋鋼產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量都有直接的影響。三電平變頻器、主回路硬件和供電回路進行電壓時量的控制，通過開關控制輸出[1]。三電瓶直流電為通過三電平逆變器調(diào)試，使得整流過程電流還整合、電壓還調(diào)節(jié)等，符合逆變器運行操作流程。

二、軋鋼機主動控制技術要求

電動機作為重要設備運用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各個領域，為設備提供動力，隨著機械冶金等的規(guī)模擴張，帶你冬季的調(diào)速和精度控制要求不斷提升，尤其是在大型電力傳動自動控制系統(tǒng)運用后，主動傳動能夠為電氣傳動設備提供較高的過載能力，尤其是在直流交流調(diào)速電動機出現(xiàn)之后[2]。

通過國內(nèi)外電力傳統(tǒng)學術界的研究，目前在電氣公司的運用選取具有優(yōu)良傳距控制精度的直流電機傳動系統(tǒng)作為主要的設備運行，近年來隨著軋鋼生產(chǎn)線的不斷改造建設雖然取得了規(guī)模質(zhì)量的雙重飛躍，但是生產(chǎn)線技術問題也不容忽視。直流電機發(fā)生運行量過大的時候，容易降低轉(zhuǎn)動慣性過載能力，使得扎剛在高速化運行過程中出現(xiàn)技術瓶頸[3]。鋼鐵企業(yè)對老舊生產(chǎn)線進行大規(guī)模技術改造運用自動化控制技術，在電子電流、電力傳動、扎制過程自動化等應用上取得了較好的效果。電力電子技術的發(fā)展和微電子技術的發(fā)展，交流電機矢量控制理論，在調(diào)速技術上加以應用，采用新型控制技術實現(xiàn)交流電機調(diào)速系統(tǒng)的動靜態(tài)性能的優(yōu)化。目前，交流變頻調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)成為主導設備，能夠滿足軋鋼過程中轉(zhuǎn)距和電流控制動態(tài)響應以及速度控制、動態(tài)響應的要求，用大功率變頻調(diào)速系統(tǒng)的系統(tǒng)分類，作為系統(tǒng)過載能力和調(diào)速范圍的依據(jù)。例如在軋鋼機主動傳動控制上，型鋼車間一般的出閘機做簡單的開辟，使用后沒有調(diào)速方面的要求[4]。

三、軋鋼機主傳動交流調(diào)速技術比較

為了滿足聯(lián)查所要求的速度積累和扎紙張力控制，調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)過傳動控制精度的提升以及其他性能指標的提高，將系統(tǒng)的調(diào)速范圍加以增加，大轉(zhuǎn)矩過載能力增強，經(jīng)過連續(xù)軋制鋼設備轉(zhuǎn)速度提高。

冷軋機主傳動基本與熱連軋精軋機相似，具有精確的張力控制要求。目前滿足軋機傳動要求的變流調(diào)速系統(tǒng)，包括交直流、變頻等形式，如三電平變頻不受器件電壓等級限制，低壓中小功率為主，根據(jù)主回路電力、電子器件不同，可以進行晶閘管三電平變頻系統(tǒng)、絕緣柵雙極晶體管、三電平變頻系統(tǒng)的運行[5]。

升級后還有采用全數(shù)字變頻調(diào)控、控制三級計算機控制等技術，引進世界領先的全套控制系統(tǒng)，實行關斷晶閘管作為助傳動器件。

四、交流調(diào)速技術在軋鋼廠的應用

本鋼熱軋帶鋼廠引進了成套設備和技術，對大功率軋鋼機主傳動系統(tǒng)進行了改進，采用直流電動機的主傳動電動機存在換向問題，后采用先進的定寬壓力極大測壓和機架可逆粗軋機作為全套控制系統(tǒng)中的重要設備，通過自動化控制技術改造改變了傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)老化，電器關鍵技術缺乏等問題[6]。由于軋鋼傳動系統(tǒng)故障頻發(fā)，熱軋廠決定對生產(chǎn)基礎、自動化過程控制及生產(chǎn)控制機等全部進行改造升級，更新檢測儀表，區(qū)域性改造、電氣傳動系統(tǒng)、粗軋機主動傳動系統(tǒng)作為此次改造的重心部分，改造部分主要圍繞傳動控制裝置和功率變頻裝置，利用現(xiàn)有的濾波系統(tǒng)，對于傳統(tǒng)系統(tǒng)在負荷不變化情況下進行了整流變壓器無負荷開關、高壓斷路器等進行改造。

交流調(diào)速技術在軋鋼廠的應用，大部分應用在高壓、頻調(diào)速，大型軋機傳動等設備上。主動傳動電動機采用直流電動機較多，但是在應用中直流電機存在著轉(zhuǎn)向問題，換向器和電刷等，不僅維護工作量大，不能滿足軋鋼機大型化高速化發(fā)展。因此為了提高過載能力，單機容量，降低轉(zhuǎn)動慣性，將原有的精扎主傳動電動機改為交流同步電動機，建造了新型的軋鋼廠。針對電氣傳動控制要求，考慮到系統(tǒng)的性能指標，滿足扎制工藝要求，符合系統(tǒng)過載能力和調(diào)速范圍，將相應的扎制工藝、電氣傳動性能要求進行了列表如下表1所示。

三電平變頻器調(diào)速系統(tǒng)由三組反并聯(lián)、晶閘管、可逆橋式交流器組成。三相變頻電路擁有不同的輸出項，粗軋機同時導通構(gòu)成回路，每項回路有獨立的變換器，輸出電壓為副版主，交變頻器是電壓源性質(zhì)的變頻器，在電流輸出時給出電壓變化，通過控制晶閘管的觸發(fā)延遲角來控制相應的輸出電壓，總結(jié)控制方法，運用正弦波結(jié)交法、線性波結(jié)交法等，自動控制理論，通過查經(jīng)管、相控橋的一次直接轉(zhuǎn)換，避免交織交變頻器中間直流回路元件空機發(fā)生損耗，確保過載能力優(yōu)良，輸出波形好[7]。

大型軋機傳動時為了提升系統(tǒng)的實用性、可靠性，改善控制系統(tǒng)，運用全數(shù)字的傳統(tǒng)控制器，使用三電平交變頻調(diào)速系統(tǒng)向大容量方向發(fā)展，作為軋機主傳動的三電屏PWM變頻系統(tǒng)采用相同的三列平結(jié)構(gòu)，電網(wǎng)側(cè)完成系統(tǒng)的功率變化，電網(wǎng)側(cè)采用三練平PWM控制，保持電網(wǎng)功率因素在一左右，使得整個系統(tǒng)調(diào)速范圍內(nèi)電流諧波總量控制在4%。低諧波污染能量可逆利用，功率因數(shù)高，采用PWM控制，無須昂貴的動態(tài)無功補償，緩解了逆變器輸出電壓的變化率，減小負載脈動，使得輸出電壓與正弦波相近，有效提高傳動性能。

三電平交直交變頻器的輸出調(diào)速范圍較廣泛，主回路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，與二極管分力，原件自身內(nèi)部接線較多，改變這一現(xiàn)狀。通過采用全數(shù)字三電屏PWM技術和DTC直接轉(zhuǎn)矩控制技術，大大提高了變頻調(diào)速性能。傳動裝置將續(xù)流二極管與電子器件進行集合系統(tǒng)，裝機容量提高，軋機高性能要求下功耗得以降低，維護較為簡單，采用負載換流的同步電機變頻調(diào)速LCI在電源側(cè)自然換流、晶閘管、整流器以及直流和電抗器等組成下，利用同步電機完成了對電源側(cè)的整流器的控制。LCI系統(tǒng)利用同步電機轉(zhuǎn)子過激磁的容性無功率，輸出電流諧波較大，采用交流調(diào)速技術運行滿足高輸出效率[8]。額定轉(zhuǎn)速下系統(tǒng)采用電流斷續(xù)換流，使得輸出例句的脈動較小。系統(tǒng)滿足熱軋機的主傳動控制要求，過載能力要求不高，三電平交直交頻傳動系統(tǒng)與傳統(tǒng)的半可控晶閘管相比，采用半導體器件、自關斷電力以及傳動裝置技術開發(fā)應用，變換器裝置結(jié)構(gòu)較為簡單，原材料使用較少，諧波污染小，功率因數(shù)高。

作為軋機主傳動的三電平PWM變頻系統(tǒng)能量可逆利用，完成系統(tǒng)的傳動功能，同時也能夠完成系統(tǒng)的功率變換，采用相同的三電平結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了電網(wǎng)側(cè)的PWM運行控制，在整個調(diào)速范圍內(nèi)可以實現(xiàn)系統(tǒng)的逆變側(cè)的輸出電壓，諧波濾波，減少負載脈動，有效提高傳動系統(tǒng)性能。PWM變頻系統(tǒng)與反并聯(lián)二極管集成，功率較小，驅(qū)動簡單、原件逐步增大[9]。三電平PWM變頻系統(tǒng)具有很好的可靠性和可維護性，減少了控制門及回路電感、功率容易模塊化，經(jīng)濟性增強。采用IGCT電平變頻系統(tǒng)視為一種較為理想的大功率中高壓開關器件。IGCT電平PWM變頻系統(tǒng)又是用在中小功率軋機主傳動直交調(diào)速系統(tǒng)上，高壓IEGT原件關斷時有電流拖尾現(xiàn)象，因此在進行運行過程中需要進一步加大技術研究，IEGT三電平PWM變頻系統(tǒng)損耗低，觸發(fā)功率小，屬于電壓型觸發(fā)器件觀念關斷速度快，在中厚板的軋機主動主傳動上經(jīng)常采用這種系統(tǒng)。 IEGT三電平PWM變頻組件如下圖1所示。

從使用效果和性能指標上看擁有一定的競爭優(yōu)勢，是一種較理想的適用在大功率交流器中的可關斷電力電子器件。

五、結(jié)束語

目前大中型鋼鐵企業(yè)隨著產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)量要求不斷提高，對大型軋機的交流變頻驅(qū)動設備提出了更高的性能要求。熱軋機傳動系統(tǒng)大功率和交流變頻已經(jīng)成為發(fā)展趨勢。交變頻系統(tǒng)以其優(yōu)越的性能和性價比，在中厚板冷熱軋寬帶高主動調(diào)速系統(tǒng)運用中使用頻率增加，已經(jīng)成為現(xiàn)代化大型招高級先進電氣設備的標志，技術有廣闊的運用前景。

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通訊作者：王玨，1980年2月，男，漢，遼寧本溪人，現(xiàn)任本鋼板材股份有限公司冷軋廠電氣點檢組長，電氣工程師，本科。研究方向：變壓器。