TMEIC系列變頻器在首鋼京唐2250的應用

張曉愛

摘 要：本文主要介紹了TMEIC系列變頻器在首鋼京唐2250熱軋生產(chǎn)線的應用，對現(xiàn)場實際配置進行了簡要介紹，主要闡述了整流器及逆變器的工作原理，并針對幾種常見的故障進行了簡要分析并提出了解決方向。

關(guān)鍵詞：整流器；逆變器；故障分析

中圖分類號：TG43 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）10-0021-02

首鋼京唐2250熱軋生產(chǎn)線傳動設備主要采用日本TMEIC公司的產(chǎn)品。系統(tǒng)采用矢量控制，高精度的動態(tài)響應、穩(wěn)態(tài)精度，且運行平穩(wěn)、維護方便，達到了完美的控制效果。

1 現(xiàn)場傳動設備

TMEIC傳動系統(tǒng)大體可分為TMdrive_70，TMdrive_50和TMdrive_10系列。其中粗軋機和精軋機采用TMdrive_70系列，定寬機和卷取機采用TMdrive_50系列，輔傳動采用TMdrive_10系列。

1.1 TMdrive-70

TMdrive-70系列，整流器和逆變器均是IEGT為功率元件的3電平IEGT PWM全數(shù)字矢量控制，主回路電源由35kV/3550V的整流變壓器供電，柜內(nèi)采用帶熱交換器的純水裝置進行冷卻?，F(xiàn)場TMdrive-70主要有以下幾種配置：第1種配置為單套整流-單或多套逆變器用于同步電機傳動，轉(zhuǎn)子勵磁回路由晶閘管整流裝置供電，同步電機定子繞組采用單繞組或雙繞組方式。第2種配置為單套整流-逆變器用于異步電機傳動，異步電機定子繞組一般采用單繞組方式。

1.2 TMdrive-50

TMdrive-50系列，整流器和逆變器均是IGBT為功率元件的3電平IGBT PWM全數(shù)字矢量控制，裝置由35KV/3550V的整流變壓器供電，柜內(nèi)由帶熱交換器的純水裝置進行冷卻?，F(xiàn)場TMdrive-50一般配置為：單套整流-多套逆變器并聯(lián)用于大型異步電機傳動；單套整流-多套逆變器分別驅(qū)動多個小型異步電機。

1.3 TMdrive-10

TMdrive-10用于輔傳動，整流器采用晶閘管或IGBT作為功率元件，逆變器采用2電平IGBT PWM全數(shù)字矢量控制，裝置由35KV/1040V或10KV/400V的整流變壓器供電，采用內(nèi)置的冷卻風扇進行冷卻?，F(xiàn)場TMdrive-10配置為一套整流器帶多組逆變器，逆變器又分為單個柜體式和多級抽屜式兩種。根據(jù)工藝以生產(chǎn)要求，逆變器可單獨或并聯(lián)使用，驅(qū)動一個或一組電機旋轉(zhuǎn)。

2 控制原理

TMEIC系列變頻器控制方式主要是矢量控制，基本思路是模仿直流電機的控制方法，采用矢量坐標變換來實現(xiàn)對交流電機定子勵磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的解耦控制，保持電機磁通的恒定，達到良好的轉(zhuǎn)矩控制性能，實現(xiàn)高性能控制。

2.1 整流器控制電路原理

如圖1所示。電壓參考信號V_R和電壓反饋信號VDC_F，兩者之間的偏差經(jīng)過比例/積分控制器、限幅和濾波處理后，輸出系統(tǒng)控制電源的電流（IQ_R）。IQ_R在電流控制環(huán)節(jié)中分解為有功電流和無功電流，在D-Q坐標上作為直流量來處理，實現(xiàn)高性能控制。IQ控制：有效電流參考值用作IQ參考值，IQ參考值和IQ反饋信號輸入并經(jīng)過比例/積分處理輸出EQ參考值。ID控制：電源的無功電流用作ID參考值，這個ID參考值和ID反饋信號輸入經(jīng)過比例/積分處理輸出ED參考值。

在電壓參考環(huán)節(jié)，還需要確定同步電源回路與主回路的相位差CNV-QO，由EQ_R、ED_R和CNV-QO可計算出三相電壓參考，作用于脈寬調(diào)制控制電路。PWM控制部分輸出門極脈沖信號，這些脈沖信號加在門極驅(qū)動板上，觸發(fā)IEGT等功率元件導通或關(guān)斷。

2.2 逆變器控制電路原理

如圖2所示。速度編碼器檢測電機旋轉(zhuǎn)角度或位置，并將檢測到的信號SP_F反饋到速度給定環(huán)節(jié)。速度參考信號SP_R和反饋信號SP_F，兩者之間的偏差經(jīng)過比例/積分控制器、速度濾波和轉(zhuǎn)矩限幅處理后輸出最終的轉(zhuǎn)矩參考信號T_R，也可分為兩部分。轉(zhuǎn)矩部分IQ控制：轉(zhuǎn)矩參考值作為輸入并除以磁通量來獲得的一個IQ參考值，這個IQ參考值和IQ反饋信號通過比例積分輸出，可最終獲得EQ參考值。磁通部分ID控制：通過速度參考值可獲得磁通量參考值，ID參考值相對應于磁通量，這個ID參考值和ID反饋信號通過比例積分輸出，可最終獲得ED參考值。

電流控制結(jié)果EQ_R、ED_R和磁通位置角作為輸入，可計算輸出三相電壓參考，作用于脈寬調(diào)制控制電路。PWM 控制部分輸出門極脈沖信號，這個信號加在門極驅(qū)動板上，GDM板放大此信號，促使IEGT等功率元件導通或關(guān)斷。

3 故障及處理

3.1 電流保護

主要有逆變器輸出過電流OCA、IEGT誤動作導致過電流OCD、5分鐘和20分鐘過載檢測報警OL5和OL20等。線纜絕緣等級降低、電機相間短接或?qū)Φ囟探?，某一時刻負載過大都可能導致此類故障發(fā)生。

3.2 電壓保護

主要有直流過電壓OVP、OVN，直流欠電壓UVP、UVN，控制電壓欠電壓UVA等。處理時可測量進線電壓是否符合要求，也可能由柜內(nèi)電路板損壞造成。

3.3 電機轉(zhuǎn)速保護（逆變器設備）

主要有電機轉(zhuǎn)速超過預設的超速OSS、輸出頻率超過預設的超頻OSS_FO、速度編碼器檢測錯誤SP_ERR等。發(fā)生此類故障時主要是現(xiàn)場編碼器有問題或線路損壞，也不排除柜內(nèi)電路板或排線損壞的原因。

3.4 控制電路和電源檢測錯誤

主要有同步電源丟失檢測故障PLLPSF、相位熔斷器熔斷F_P和F_N、輸出電流接觸器打開故障ACSW、傳輸錯誤TL_F1～TL_F4等。供電電源幅值或相位不正常、瞬間電流電壓過大燒毀擊穿二極管或功率元件、接觸器線路異常、通訊板卡損壞或掉電、傳輸光纖折斷或污損等情況都有可能導致這些故障發(fā)生。

4 結(jié)語

在熱軋生產(chǎn)線中，TMEIC變頻器的高穩(wěn)態(tài)精度、快速動態(tài)響應、低故障率、低維護成本等，使得TMEIC在鋼軋技術(shù)領域有著廣泛的應用。

參考文獻

[1]IEGT Inverter， IEGT Converter，TMdrive-70， TMdrive-P70，Instruction Manual. 2008.06.