交－交變頻系統(tǒng)在2 100mm熱粗軋機(jī)主傳動(dòng)的應(yīng)用

賈景羊，韓延陽(yáng)，張培泉

(東北輕合金有限公司，哈爾濱150060)

1 交－交變頻概述

1.1 主要原理

交－交變頻電路是把電網(wǎng)頻率的交流電直接變成可調(diào)頻率的交流電的交流電路。因?yàn)闆](méi)有中間的直流環(huán)節(jié)，因此屬于直接變頻電路。交－交變頻電路廣泛用于大功率交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)際使用的主要是三相輸出交－交變頻電路。

它是一套三相橋式無(wú)環(huán)流反并聯(lián)的可逆整流裝置，但在觸發(fā)移相控制信號(hào)為幅值和頻率可變的交流信號(hào)時(shí)，其相應(yīng)的整流輸出電壓也成為幅值和頻率可變的交流電壓，從而實(shí)現(xiàn)變頻功能。三相交－交變頻器是由輸出電壓彼此相差120°的三套單相輸出交－交變頻器組成。

1.2 主要特點(diǎn)

本系統(tǒng)引進(jìn)西門子公司SIMADYN－D全數(shù)字多處理器組成的矢量控制交－交變頻數(shù)字控制系統(tǒng)。采用大功率晶閘管半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，接線方式采用三相無(wú)環(huán)流可逆式晶閘管變流器，主回路為Y連接的交流偏置式結(jié)構(gòu)。交流偏置技術(shù)的應(yīng)用可以使整流變壓器二次電壓降低、晶閘管電壓安全系數(shù)提高、變頻器容量降低、電動(dòng)機(jī)內(nèi)無(wú)三次諧波，具有良好的啟動(dòng)能力和動(dòng)態(tài)特性。緊湊型模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、最低的維護(hù)成本、完整的標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)軟件和功能強(qiáng)大的應(yīng)用軟件與良好的人機(jī)接口。

2 交－交變頻在2100mm熱粗軋機(jī)上的應(yīng)用

2.1 主要結(jié)構(gòu)

(1)交－交變頻調(diào)速傳動(dòng)控制系統(tǒng)通訊，軋輥主傳動(dòng)采用的交－交變頻調(diào)速控制系統(tǒng)均采用模塊化結(jié)構(gòu)，與基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)通訊采用PROFIBUS－DP現(xiàn)場(chǎng)總線通訊;(2)主回路晶閘管觸發(fā)脈沖、信號(hào)檢測(cè)、保護(hù)及故障連鎖;(3)晶閘管觸發(fā)脈沖;(4)零電流檢測(cè);(5)電流、電壓檢測(cè);(6)晶閘管導(dǎo)通監(jiān)視;(7)晶閘管過(guò)壓保護(hù);(8)高壓合閘后開(kāi)門分閘保護(hù);(9)故障保護(hù)聯(lián)鎖;(10)晶閘管交－交變頻器主回路。

2.2 在主傳中可以實(shí)現(xiàn)的功能

速度控制;矢量控制;交－交變頻電流控制;上下輥電動(dòng)機(jī)負(fù)荷平衡控制;邏輯控制;保護(hù)控制;故障診斷;主軸定位。

3 硬件結(jié)構(gòu)及其主要數(shù)據(jù)

3.1 電氣控制柜的分布

主機(jī)控制由+A51、+A52、+A58、+A59(上輥控制柜)和+A41、+A42、+A48、+A49(下輥控制柜)及一臺(tái)研華工控機(jī)組成。(以上輥控制為例，下輥控制同上輥)

上輥控制:+A51為輔助電源控制柜，主要由進(jìn)線電源、UPS電源、直流24v電源、輔助控制電源、輔助繼電器、上輥連接控制PLC(315－2DP)、接地測(cè)試儀、隔離變壓器、輸入輸出端子及本地操作按鈕組成。

+A52為數(shù)字控制柜，主要由UPS供電電源、SIMDYN－D電源，風(fēng)扇電源、同步電源(來(lái)自7PS)、插座照明電源、IBA電源、編碼器電源、輸入輸出模塊電源、SIMDYN－D機(jī)架、6DD輔助機(jī)架、MP277、顯示儀表和測(cè)試模塊等組成。

+A58為電機(jī)變頻器輸出到電機(jī)定子之間切斷電源，供檢修時(shí)隔離定子高壓之用。

+A59為機(jī)旁數(shù)據(jù)I/O控制箱，ET200通過(guò)DP通信與主機(jī)聯(lián)系如表1。

表1

3.2 主電機(jī)及其整流變壓器參數(shù)

表2

4 SIMADYN D控制系統(tǒng)

4.1 硬件結(jié)構(gòu)

SIMADYN D系統(tǒng)硬件設(shè)備主要由主機(jī)箱和輔助機(jī)箱以及接口端子板等組成，如圖1。

圖1 硬件組構(gòu)組成

SIMADYN D主機(jī)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。

4.2 軟件介紹

系統(tǒng)采用STRUC G圖形化可編輯軟件包，該軟件為UNIX的圖形編輯軟件、表格形式的編輯軟件STRUC L以及在線測(cè)試軟件IBA服務(wù)軟件等，由用戶按照系統(tǒng)要求把面向功能框圖的功能塊組接編輯形成工程軟件。系統(tǒng)軟件在處理器模板上運(yùn)行，它包括操作系統(tǒng)、功能塊、監(jiān)視程序、數(shù)據(jù)傳送和故障診斷等程序。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能為:速度控制;電樞電流控制;矢量控制;磁場(chǎng)控制;順序控制功能;扁頭定位功能;負(fù)荷平衡控制;本地操作及信息的顯示功能;故障情況下傳動(dòng)系統(tǒng)的急停和快停;電樞控制的邏輯無(wú)環(huán)流切換;參變量的切換。SIMADYN D控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交－交變頻同步電機(jī)矢量變換運(yùn)算。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程I/O站的數(shù)據(jù)交換，SIMADYN D設(shè)備與上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸以及與用于實(shí)現(xiàn)故障診斷、運(yùn)行監(jiān)控畫面之間的信息傳遞由通訊網(wǎng)絡(luò)完成。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)熱軋機(jī)的了解以及日常維護(hù)工作，對(duì)交－交變頻粗軋主傳動(dòng)有深刻的了解，對(duì)交－交變頻和交直交變頻各自特點(diǎn)有了更深一步的認(rèn)識(shí)，交－交變頻系統(tǒng)在低頻率大轉(zhuǎn)矩輸入的領(lǐng)域有著很大的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也有很多更深層次的技術(shù)特點(diǎn)等待我們學(xué)習(xí)與應(yīng)用。

［1］王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

［2］馬小亮.大功率交交變頻交流調(diào)速及矢量控制技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

［3］陳伯時(shí)，陳敏遜.交流調(diào)速系統(tǒng)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001年123－125.