變頻器在冶金軋制行業(yè)中的應(yīng)用研究

劉 東

（中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司，北京 100176）

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，金屬軋制行業(yè)也不斷加快了建設(shè)速度，尤其是在軋制速度方面，當(dāng)前國(guó)內(nèi)實(shí)施線材生產(chǎn)的工廠已經(jīng)達(dá)到了77條生產(chǎn)線。通過長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，金屬軋制的產(chǎn)量已經(jīng)比過去增長(zhǎng)了100多倍。在實(shí)際軋制的過程中變頻器發(fā)揮著重要的作用，為了推進(jìn)生產(chǎn)質(zhì)量與效率的提高，有必要結(jié)合變頻器在金屬軋制的過程實(shí)施分析。

1 大功率、大中功率和中小功率變頻器在金屬軋制中的應(yīng)用

1.1 大功率變頻器在高速軋制中的應(yīng)用

大功率變頻器比較常用于金屬冶煉大型軋機(jī)主傳動(dòng)之中，大功率變頻器的功率能夠達(dá)到3兆瓦～10兆瓦以上。這種類型的變頻器相比于原來傳統(tǒng)的直流調(diào)速裝置，盡管交流變頻器在成本方面有所增加，但是卻能夠在電機(jī)采購(gòu)與維護(hù)方面的成本節(jié)約中獲得到相應(yīng)的補(bǔ)償，由此可見，不管是在技術(shù)方面還是經(jīng)濟(jì)方面，采用交流調(diào)速的方式都具有較高的合理性。大型軋機(jī)主傳動(dòng)對(duì)于變頻器的要求不僅對(duì)功率的要求較大，對(duì)于其他方面也有一定的要求，比如在過載能力方面的要求較強(qiáng)，一般需要滿足2倍～2.5倍；在正反轉(zhuǎn)方面要求能夠快速實(shí)現(xiàn)，一般用于可逆軋機(jī)類主傳動(dòng)之中；在靜態(tài)轉(zhuǎn)速方面需要具備較高的靜度、在動(dòng)態(tài)沖擊速方面需要降小、恢復(fù)速度快以及在加減速的時(shí)候其跟蹤性能極為良好，一般在連軋機(jī)類主傳動(dòng)中極為顯著。大型軋機(jī)主傳動(dòng)通常采用的大功率變頻器有兩種類型，一種是建立在晶閘管移相控的技術(shù)基礎(chǔ)上的交～交變頻器，另一種為建立在高壓大容量自關(guān)斷器件PWM控制的技術(shù)基礎(chǔ)下的三電平交～直～交變頻器。

1.2 大中功率變頻器在金屬軋制中的應(yīng)用

大中功率通常所指的電機(jī)功率范圍在800千瓦～2000千瓦之間的傳動(dòng)，通過對(duì)過載需求的全面考慮之后，其最大的容量可以達(dá)到2000kVA～4000kVA之間，其中主要采用的機(jī)械設(shè)備有立輥主傳動(dòng)、寬板卷取機(jī)、飛剪以及窄帶機(jī)型材連車比傳動(dòng)等等。這種功率范圍的變頻器在變頻調(diào)速中是一項(xiàng)軟肋，在進(jìn)行變頻裝置選擇的時(shí)候是比較難的，比如交-交變頻的容量比較小，涉及到的相關(guān)設(shè)備比較多，經(jīng)濟(jì)方面存在不合算等問題，都會(huì)給變頻裝置選擇的時(shí)候造成影響。當(dāng)前階段的這個(gè)功率段所使用的變頻方案為690V逆變柜并聯(lián)，其為2套～4套功率為1兆瓦左右的方案。

1.3 中小功率變頻器主電路在金屬軋制中的應(yīng)用

中小功率變頻器所指的電機(jī)功率范圍在800千瓦以下的傳動(dòng)，通常一臺(tái)電機(jī)采用的逆變柜供電數(shù)量為1個(gè)，其中主要采用的機(jī)械設(shè)備包括主軋線中的輔傳動(dòng)、加工線中包含的所有傳動(dòng)。我國(guó)當(dāng)前階段的生產(chǎn)水平已經(jīng)能夠達(dá)到大量生產(chǎn)中小功率變頻器的實(shí)力，但是，要想實(shí)現(xiàn)軋制傳動(dòng)的要求還需要繼續(xù)加強(qiáng)研究力度，這種表現(xiàn)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①國(guó)產(chǎn)變頻器中的中小功率變頻器在功率的范圍一般為300千瓦以下，通常電壓為380V，而軋機(jī)傳動(dòng)對(duì)于單柜功率的要求其需要達(dá)到1000千瓦～1500千瓦之間，其電壓需要能夠增加至690V品種才能夠獲得滿足。②每一條生產(chǎn)線都需要大量變頻調(diào)速設(shè)備作為支持，并采用公共直流母線作為供電方式，而當(dāng)前國(guó)產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)單獨(dú)逆變器與整流器產(chǎn)品的生產(chǎn)，并且將整流器的功率逐漸做大，但是在一個(gè)整流器帶多臺(tái)逆變器的要求方面依然存在著一定的缺陷。

2 國(guó)產(chǎn)變頻器在金屬軋制應(yīng)用中的控制系統(tǒng)

2.1 基礎(chǔ)調(diào)速控制系統(tǒng)

國(guó)產(chǎn)變頻器的控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于基礎(chǔ)調(diào)速控制系統(tǒng)的要求是較為嚴(yán)格的，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①變頻器的基礎(chǔ)調(diào)速控制系統(tǒng)主要包括兩種類型的系統(tǒng)，分別為開環(huán)V/F控制系統(tǒng)、高性能矢量控制系統(tǒng)兩種類型的系統(tǒng)。②高性能矢量控制系統(tǒng)，需要能夠通過軟件設(shè)置中所選擇的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩雙環(huán)或者轉(zhuǎn)矩環(huán)單環(huán)兩種工作模式，轉(zhuǎn)矩環(huán)的單環(huán)工作時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)矩實(shí)施設(shè)定的時(shí)候，需要通過對(duì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的限幅值、專用輸入口輸入來實(shí)施改變，以此來使主控制、從控制以及張力控制等方面的要求獲得滿足。

2.2 變頻器輔傳動(dòng)中常見的控制系統(tǒng)

變頻器的輔傳動(dòng)工藝在控制類型方面是較多的，其中較為常見且典型的控制系統(tǒng)有以下幾點(diǎn)：①壓下位置的控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)在使用的時(shí)候，能夠在最短的時(shí)間之內(nèi)將被控壓下的螺絲進(jìn)行移動(dòng)，使其能夠移動(dòng)至所設(shè)定的位置，所以該控制系統(tǒng)具備位置檢測(cè)信號(hào)、位置偏差計(jì)算最佳轉(zhuǎn)速給定信號(hào)等，通過這些信號(hào)使其能夠傳送至相應(yīng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器制定位置，并且當(dāng)位置偏差比規(guī)定值小的時(shí)候?qū)⑵淙∠?。②卷?開卷傳動(dòng)間接張力控制系統(tǒng)。這個(gè)控制系統(tǒng)在實(shí)施卷取/開卷的過程中需要能夠始終維持張力的恒定性，在這個(gè)過程中不會(huì)受到各種變化因素的影響，比如帶材線速度、卷徑等方面的變化因素，所以在實(shí)施卷取/開卷的過程中需要先對(duì)卷徑實(shí)施計(jì)算，然后再結(jié)合張力設(shè)定與卷徑來進(jìn)行轉(zhuǎn)矩給定的計(jì)算，并將相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳送到相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩控制環(huán)，此外還需要具備動(dòng)態(tài)、空載以及帶材彎曲等轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償功能，在實(shí)施調(diào)速的過程中涉及到多方面，比如升壓調(diào)速、弱磁調(diào)速等。③變頻器的起停飛剪控制系統(tǒng)。在實(shí)施控制的過程中，需要保證金屬軋件在移動(dòng)的時(shí)候，能夠達(dá)到軋件行程的計(jì)算給定位置，當(dāng)實(shí)現(xiàn)這一要求的時(shí)候，飛剪要快速的被起動(dòng)。④變頻器中有機(jī)械聯(lián)系的多電機(jī)主從控制系統(tǒng)。由于變頻器之中的多臺(tái)電機(jī)之間存在有機(jī)械聯(lián)系，所以主調(diào)速系統(tǒng)只能有一套，而其它則是從電機(jī)跟隨主電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。其中主系統(tǒng)包括速度控制系統(tǒng)（既雙環(huán)系統(tǒng)）與張力系繃雙環(huán)系統(tǒng)這兩種類型。從控制系統(tǒng)在其中需要完成的控制任務(wù)主要是負(fù)荷均衡，按照機(jī)械聯(lián)系的緊密程度不同，從控制系統(tǒng)又可以分為三種類型：①剛性聯(lián)系。電機(jī)之間的連接是通過短粗的軸來實(shí)現(xiàn)相連的，所以適宜采用轉(zhuǎn)矩環(huán)均衡控制系統(tǒng)來實(shí)施（既為TLBS），該從控制系統(tǒng)中只有轉(zhuǎn)矩環(huán)，沒有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，其中所需的轉(zhuǎn)矩給定是通過主系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的有效輸出來實(shí)現(xiàn)的。②彈性聯(lián)系。電機(jī)之間的連接是通過細(xì)長(zhǎng)的軸來實(shí)現(xiàn)相連的，所以適宜采用轉(zhuǎn)速環(huán)均衡控制系統(tǒng)（既為SLBS）。③S輥類聯(lián)系。系統(tǒng)中的S輥通常由2個(gè)～3個(gè)輥組合而成，均被電機(jī)來實(shí)施驅(qū)動(dòng)，各個(gè)輥之間沒有相應(yīng)的機(jī)械軸連接。

3 結(jié)語

綜上所述，我國(guó)當(dāng)先工業(yè)化生產(chǎn)已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)完善，尤其冶金行業(yè)的發(fā)展在極大程度上推進(jìn)了各個(gè)行業(yè)的進(jìn)步，在一定程度上加快了各類基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)步伐，而在各種基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的過程中金屬是重要的施工材料，為金屬制品行業(yè)的發(fā)展提供了更加廣闊的市場(chǎng)。