T650W軋機(jī)主傳動軋制能力的提升研究

梁日棟，劉金波，潘河明

（寶武集團(tuán)廣東韶關(guān)鋼鐵有限公司，廣東 韶關(guān) 512000）

韶鋼3450mm中厚板軋機(jī)生產(chǎn)線于2005年建成投產(chǎn)，軋機(jī)主傳動采用日本TMEIC公司生產(chǎn)的三電平矢量IEGT交直交變頻器和大功率凸極交流同步電動機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速。同步電機(jī)功率8000kW×2，轉(zhuǎn)速90rpm～220rpm，額定電壓3150V，過載能力225%1min/275%10s。電機(jī)軸各帶一個解析器Resolver，檢測速度和磁極絕對角度。2005年投入運(yùn)行以來主傳動相對比較穩(wěn)定，故障率低。近年來3450mm中厚板軋機(jī)主傳動實(shí)際軋制能力未能達(dá)到設(shè)計(jì)值，致使實(shí)際生產(chǎn)有如下問題。①軋制壓下量給定小，軋制道次多，節(jié)奏慢，機(jī)時(shí)產(chǎn)量較低；②由于道次多，薄規(guī)格板溫降大，容易刮框；③軋機(jī)對鋼坯加熱程度依賴高，某些軋制工藝溫度要按上限來控，增加了煤氣消耗；④雪橇效果不明顯，不能在線有效改善鋼板叩頭現(xiàn)象，機(jī)械沖擊較大；⑤制約了高強(qiáng)度大壓下量新品種鋼的開發(fā)。四輥軋機(jī)主傳動實(shí)際軋制能力不足已經(jīng)成為中厚板生產(chǎn)線提高產(chǎn)能及降低成本的瓶頸。

1 主傳動存在問題及分析

（1）主傳動存在問題。軋機(jī)主傳動存在問題主要是軋制時(shí)速降過大，如生產(chǎn)船板采用較大壓下量軋鋼時(shí)，主傳動速度很慢，與給定速度相差較大，如圖1所示。在生產(chǎn)高強(qiáng)船板25mm左右壓下量，整個道次給定速度為80m/min，咬鋼后實(shí)際速度反饋介于10m/min～20m/min之間，軋鋼速降過大，此時(shí)傳動柜整個道次上下主電機(jī)電流均已達(dá)到設(shè)定電流限幅值，為額定電流的234%（此現(xiàn)象偶道次出現(xiàn)情況較多，奇道次還有一定余量），再加大壓下量會使主電機(jī)堵轉(zhuǎn)甚至跳閘。主傳動存在的另一問題是直流母線過電壓，報(bào)OVP(正側(cè)直流過電壓)或OVN(負(fù)側(cè)直流過電壓)故障，為壓下量或軋制力較大時(shí)，主傳動堵轉(zhuǎn)情況下引起，如圖2所示。主傳動實(shí)際軋制能力不足，致使軋制壓下量小，軋制道次多，生產(chǎn)成本增加。

圖1 主傳動軋制曲線（來自O(shè)DG記錄）

（2）主傳動軋制實(shí)際軋制能力不足原因分析。主傳動軋制實(shí)際軋制能力不足，如生產(chǎn)高強(qiáng)船板25mm左右壓下量軋鋼時(shí)主電機(jī)電流已達(dá)到限幅值，而軋機(jī)轉(zhuǎn)速上不來甚至跳閘，是因?yàn)閭鲃邮噶靠刂凭冉档?，使電機(jī)白出力而實(shí)際轉(zhuǎn)矩大大低于設(shè)計(jì)值。而傳動矢量控制精度則依賴于解析器對同步電機(jī)磁極絕對角度的檢測。由于解析器安裝角和同步電機(jī)磁極角之間必然存在一個偏移角，同步電機(jī)控制需要電機(jī)磁極的絕對角度，并使用電機(jī)的磁軸位置作為電流控制軸，所以必須在調(diào)整中消除偏移角。一般應(yīng)用中，同步電機(jī)控制需要用預(yù)置的偏移角進(jìn)行控制。解析器安裝好后只要偏移角被調(diào)整和確定，電流控制軸就可以通過解析器位置檢測軸加上偏移角得到。但是如果更換解析器后機(jī)械角度被改變，需重新調(diào)整偏移角。如果使用之前的偏移角進(jìn)行同步電機(jī)控制，可能造成電流控制軸和磁極軸位置錯位，電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出不足，嚴(yán)重將導(dǎo)致同步電機(jī)失速進(jìn)入失控狀態(tài)。

圖2 直流母線過電壓

同步電機(jī)的電流控制是基于解析器位置檢測計(jì)算出的軸和預(yù)置偏移角，基速以下正反向旋轉(zhuǎn)時(shí)偏移角錯位會造成電機(jī)特性差異。無負(fù)載運(yùn)行時(shí)，逆變器的輸出電壓被輸出到磁極位置方向以平衡電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，此時(shí)逆變器正反向旋轉(zhuǎn)輸出電壓間的角度偏差就意味著偏移角的錯位，輸出電壓角度偏差最終表現(xiàn)在D軸方向的電壓參考值（ED_R）上。如圖3所示。

圖3 主傳動無負(fù)載正反向旋轉(zhuǎn)下的特性曲線（錄波儀）

從圖3可以看出，電機(jī)以相同的速度（基速以下）正反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，D軸方向電壓參考值（ED_R）有偏差，偏移角錯位，同步電機(jī)的磁極位置和解析器給出的電流控制軸位置不匹配，導(dǎo)致矢量控制精度降低，電機(jī)帶載運(yùn)行正反轉(zhuǎn)時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩不同。

同步電機(jī)軸安裝的解析器輸出位置和速度信號，原型號為TS2062N21E10。導(dǎo)致偏移角錯位的原因是解析器有時(shí)會因溫度原因?qū)е螺敵鑫恢眯盘柈a(chǎn)生偏移，導(dǎo)致同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角精度發(fā)生變化。

另一種情況是長期大電流沖擊軋制工況導(dǎo)致磁極可能產(chǎn)生變化也會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子位置角的變化。由于主傳動控制系統(tǒng)對同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置沒有自動定位，傳動系統(tǒng)對主電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置定位不準(zhǔn)確，致使控制精度降低，電機(jī)實(shí)際出力不夠，軋制模型需根據(jù)實(shí)際軋制情況減少壓下量，增加道次來減少軋機(jī)速降，防止主傳動報(bào)堵轉(zhuǎn)過電壓故障。因此，有必要調(diào)整偏移量來校正檢測到的磁極位置，以進(jìn)行精確的轉(zhuǎn)矩控制。

2 主傳動問題解決措施及實(shí)際效果

通過轉(zhuǎn)子磁極位置偏移角調(diào)整校正，主傳動軋制奇偶道次軋制能力基本平衡，解決了偶道次軋制力明顯小的問題，同時(shí)過電壓跳閘問題也得到改善。但因TS2062N21E10解析器無溫度補(bǔ)償功能，且屬于大電流沖擊負(fù)載，傳動系統(tǒng)對電機(jī)磁極位置的檢測精度仍會逐漸下降。

（1）升級速度位置檢測解析器。將解析器TS2062N21E10升級更換為TS2062N31E10。TS2062N31E10內(nèi)部有溫度補(bǔ)償線路，可以根據(jù)溫度的變化削減因此導(dǎo)致的位置信號偏移。通過對主軋機(jī)傳動系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化修改，使軋機(jī)軋制能力提高。①升級解析器Resolver增加溫度補(bǔ)償功能，保證主傳動磁極位置定位精度；②主傳動參數(shù)優(yōu)化，調(diào)整MS_QR_TRUEDAT_T參數(shù)，使ED_R處于同一水平/位置，無論是正向或反向旋轉(zhuǎn)（基速以下）。③調(diào)試投入SFC(模擬跟隨控制)功能，用SFC轉(zhuǎn)速與電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋相減，得到受外擾影響下的速度偏差，微分后推算出外擾的補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩，經(jīng)過限幅輸出，疊加到轉(zhuǎn)矩環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)矩給定上，改善軋機(jī)扭振。

（2）實(shí)際效果。主傳動解析器升級和同步電機(jī)磁極位置校正后，電機(jī)正反向旋轉(zhuǎn)時(shí)（基速以下無負(fù)載運(yùn)行）D軸電壓參考值（ED_R）在同一水平/位置，如圖4所示。軋機(jī)軋制力較改造前大幅提高，熱負(fù)荷試車生產(chǎn)即可達(dá)到原有生產(chǎn)能力。主轉(zhuǎn)動軋制能力提升后，軋制節(jié)奏提高10%，機(jī)時(shí)產(chǎn)量達(dá)到150t/h，增加了薄規(guī)格產(chǎn)品比重、提高了倍尺率及成材率、降低能耗以及擴(kuò)寬了軋制品種，提高了噸鋼經(jīng)濟(jì)效益。

圖4 解析器升級后的主傳動正反向旋轉(zhuǎn)特性曲線

3 結(jié)語

針對軋機(jī)主傳動軋制能力不足和過電壓跳閘問題進(jìn)行了分析研究，同步電機(jī)磁極位置偏移角錯位是導(dǎo)致軋制能力不足的原因并提出了相應(yīng)的改善措施。軋機(jī)主傳動實(shí)際軋制能力得到提升后動態(tài)響應(yīng)、正反轉(zhuǎn)軋制能力相同，保證了原軋制模型內(nèi)所有鋼種的正常軋制，無需減少壓下量，增加道次軋制，提高了機(jī)時(shí)產(chǎn)量，降低了能耗以及擴(kuò)寬軋制品種，創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益。