西門子中壓變頻器在FRS機組的應用

張 清

(馬鋼自動化工程公司 安徽馬鞍山 243003)

西門子中壓變頻器在FRS機組的應用

張 清

(馬鋼自動化工程公司 安徽馬鞍山 243003)

介紹了SIMOVERT MV在減定徑機組的運用，并對運行實際情況和網(wǎng)絡通信進行分析。

矢量控制,高壓IGBT,網(wǎng)絡通信

隨著市場競爭的進一步激烈，高速線材產品面臨著市場供大于求，產品定位偏低的局面，改造是唯一出路，產品必須向品種多元化，質量優(yōu)良化發(fā)展，高、精、尖是發(fā)展的趨勢。老高線改造的最大特點是引進了FRS(減定徑)機組，它在精確軋制中起了關鍵作用。它的交流傳動控制設備采用的是西門子中壓變頻調速系統(tǒng)，采用的是矢量控制方式，它優(yōu)越的調速特點，穩(wěn)定的運行模式，方便的故障檢查與維護，得到了充分的肯定。

1 系統(tǒng)結構與控制特點

SIMOVERT MV 變頻器為電壓源型中間回路變頻器，采用傳統(tǒng)的交-直-交變頻器結構，整流部分采用12脈沖二極管整流器，其設計為三電平電路配置(見圖)。與二電平變頻器相比較，三電平變頻器的優(yōu)點是，其部件只承載直流母線電壓的一半(降低了電壓強度)?？梢垣@得優(yōu)良的輸出電壓特性，具有低諧波分量的基本正弦電流特性以及優(yōu)良的轉矩特性，使電機損耗得到降低。

SIMOVERT MV的一大特點就是采用了HV-IGBT作為變頻控制開關元件，它對每次通電和斷電瞬變的電流電壓完全可以控制。這就減少了觸發(fā)電路的元件數(shù)量，使系統(tǒng)可靠性加強。

系統(tǒng)可采用多種控制模式，可根據(jù)實際要求進行選擇，在某種控制方式不具備條件時可方便的進行控制方式切換，不影響運行。閉環(huán)系統(tǒng)控制使用SIMADYN D-ITSP 控制模塊。ITSP 控制逆變器和監(jiān)控直流母線電壓、輸出電流和輸出電壓。

全數(shù)字化的SIMADYN D控制系統(tǒng)作為矢量控制的操作平臺。SIMADYN D采用STEP7硬件組態(tài)，CFC和SFC作為編程語言。OP7是其人機接口，有良好的操作界面，所有的系統(tǒng)優(yōu)化可以直接通過OP7完成。所有的現(xiàn)場電機信號，與變壓器，主接觸器信號送至遠程和柜內的ET200，通過Profibus網(wǎng)送回SIMADYN D，直接參與控制，提高了系統(tǒng)的快速性和運行的可靠性。

所有的信號組態(tài)已經在程序中完成，可以通過PDA跟蹤電流、轉矩等重要信號，及時分析，掌握設備運行的連續(xù)狀態(tài)。由于PDA由硬件端口采樣，端口的輸出可以在參數(shù)設定中進行修改，對重要數(shù)據(jù)及時跟蹤。

通過CBP2板與PLC進行通訊，它作為PLC一個子站，參與全線軋制控制，同時系統(tǒng)本身為一單獨工作站，使控制更加合理。

采用絕緣監(jiān)視器，并直接參與控制，提高系統(tǒng)的安全性。

運行方式單電路和并聯(lián)電路配置

輸出電壓的可能的最大幅值是直流母線電壓的函數(shù)。輸出電壓的有效值可通過節(jié)拍頻率來降低。由瞬態(tài)切換構成的這些節(jié)拍頻率在基波內運行在零電位(M)。電壓可在0V 和額定輸出電壓之間進行設定。

這些節(jié)拍時序的頻率是重復的并與逆變器的輸出頻率是相同的。

頻率可被設定為0Hz-100Hz。

通過使用數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)和脈沖模型發(fā)生器，產生了與輸入的值相對應的節(jié)拍時序。這些將通過光纖電纜傳輸?shù)紿V-IGBT 觸發(fā)回路。

電壓中間回路變頻器的機器側閉環(huán)控制設計為TRANSVEKTOR磁場定向閉環(huán)控制并可作為閉環(huán)頻率，速度或轉矩控制。

TRANSVEKTOR 控制實現(xiàn)直流傳動的動態(tài)響應。轉矩和產生磁通的電流分量互相之間獨立控制。

該功能使變頻器輸出低諧波的基本是正弦的電壓和具有高動態(tài)響應特性。

特性：電動機的電壓和電流幾乎是正弦波的。

在電機端子上的電壓上升率減至< 500V/μs。

避免瞬態(tài)電壓尖峰。

在電機中的附加損耗由于電流諧波減小而降低。

長的電機電纜的充電電流峰值被減小，這意味著，可以不需要附加的輸出電抗器。

IHV 濾波器同逆變器輸出電壓，電機電壓并未電氣隔離，因而，絕緣監(jiān)視儀可保留全部功能

2 FRS：機組技術參數(shù)

電機功率4900KW 電壓4000V 電流2×405A 額定頻率30.2Hz 額定轉速900轉。

軋機采用4個架次，每2個機架對應相應的齒輪箱，電機-A箱-B箱-CD箱，所有齒輪箱可以調整齒輪的速比，不同級別的齒輪箱減速比如表1。

表1 不同級別齒輪箱減速比

對于不同直徑的軋件，采用不同的齒輪箱速比，通過齒輪箱內部的齒輪速比的變換來實現(xiàn)軋輥之間的軋件秒流量相同，相對于電機的速度變化可以控制在很小的范圍內，C、D箱輸出軸直接連接到軋機的機架上，保證了每個機架之間的速比配合精度更高，從而保證軋制出精品鋼種。

3 系統(tǒng)調試狀況

3.1故障現(xiàn)象

如果系統(tǒng)在主斷路器斷電超過一天，系統(tǒng)經常會顯示絕緣監(jiān)視故障，主斷路器無法吸合。

原因分析：變頻器主斷路器與柜內風機接觸器屬于連鎖信號，同時啟動。變頻器送電以后，柜內風機始終運行，干燥的環(huán)境使絕緣保持正常。當變頻器停下以后，柜內風機受控制同時停轉，由于空氣濕度較大，造成絕緣下降。

處理辦法：將柜內風機的合閘方式由主斷路器控制改為單獨控制方式，可以單獨啟動，風機的接觸器信號作為變頻器啟動條件。當變頻器斷電超過6小時，必須單獨啟動風機，確保絕緣正常。

3.2故障現(xiàn)象

軋線主傳動系統(tǒng)運行過程，PLC顯示FRS為風機故障狀態(tài)，但是沒有故障跳閘，風機實際也處于運行狀態(tài)。

原因分析：檢查發(fā)現(xiàn)傳動柜本體與PLC所取的風機信號不同，一個為PLC的輸出信號，一個為風機接觸器信號，造成沖突。

處理辦法：將兩信號統(tǒng)一改為風機接觸器信號。

3.3故障現(xiàn)象

合閘信號發(fā)出后，傳動柜顯示有缺相，處于故障狀態(tài)。

原因分析：首先檢查變頻器內部是否有短路，斷路情況，未發(fā)現(xiàn)異常。然后檢查了主接觸器，發(fā)現(xiàn)其儲能開關無法復位，造成不吸合，當合閘信號發(fā)出后，傳動柜自動檢測電流電壓值，無返回，發(fā)出故障信號。

處理辦法：將主接觸器信號送入PDA進行連續(xù)跟蹤，當送電瞬間，主斷路器是否動作是判斷此故障的關鍵，如果未動作，則問題出在控制回路，動作后跳閘則要檢查變頻器本體。

4 系統(tǒng)維護注意事項

所有的變頻器故障都處于報警列表中，但是MV會報出連鎖故障，可能是一個故障點引發(fā)的，處理時，將所有故障找出，由主斷路器向前一級分析。

由于系統(tǒng)負載很大，風機功率很大，各觸發(fā)電路板容易積灰造成短路，應定期清理。

柜內風機屬于免維護設備，必須定期更換。

完善主斷路器合閘控制方式，整流橋需要預充電過程，誤動作的強行合閘，會造成強大的沖擊引起設備損壞。

5 結語

系統(tǒng)運行可靠穩(wěn)定，具有良好的調速特性和快速的保護功能，能夠滿足各種軋制要求，變頻器控制效果明顯，但是由于它是單獨一套系統(tǒng)參與到整個PLC控制中，對各個接口信號要求嚴格，控制模式相對復雜。

[1] 姚錫祿.變頻器控制技術與應用[M].福州：福建科技出版社，2005

[2] 陳化鋼.電磁式電壓互感器鐵磁諧振過電壓的判定方法[J].安徽冶金科技職業(yè)學院學報，2009.1

Application of Siemens Medium Voltage Frequency Converter in the FRS Unit

ZHANG Qing

This paper introduces the application of SIMOVERT MV in reducing sizing mill and analyze the actual operation situation and network commun ication.

vector control;high-voltage IGBT;network communication

2014-08-10

張清(1964-)，女，馬鋼自動化工程公司，工程師。

TG333+.62:TM587+.6

B

1672-9994(2014)04-0023-03