手動預(yù)充電方法在西門子S120 電機(jī)模塊的應(yīng)用

沈 平，王 棚

（中冶南方（新余）冷軋新材料技術(shù)有限公司，江西新余 338000）

0 引言

中冶南方（新余）冷軋新材料技術(shù)有限公司硅鋼連續(xù)退火機(jī)組是連續(xù)生產(chǎn)機(jī)組，其主要產(chǎn)品為0.5 mm 及以下規(guī)格無取向硅鋼，機(jī)組分為入口段、入口活套、工藝段、出口活套、出口段，工藝段臥式退火爐全長362 m，爐內(nèi)最高溫度1050，入、出口最高速度210 m/min，工藝段最高速度150 m/min，退火爐前、后設(shè)有張力輥控制退火爐內(nèi)張力，爐內(nèi)設(shè)置132 根爐輥輔助帶鋼在爐內(nèi)穿行，爐輥由齒輪電機(jī)驅(qū)動。

1 傳統(tǒng)設(shè)計組成及原理

根據(jù)產(chǎn)品類型及生產(chǎn)工藝要求，傳動系統(tǒng)交流變頻調(diào)速系統(tǒng)滿足需求，本機(jī)組是連續(xù)生產(chǎn)機(jī)組，對機(jī)組穩(wěn)定性要求高，因此傳動系統(tǒng)采用西門子SINAMICS S120 系列的產(chǎn)品。SINAM原ICS 是西門子公司新一代的驅(qū)動產(chǎn)品，它將逐步取代現(xiàn)有的MASTERDRIVES 及SIMODRIVE 系列的驅(qū)動系統(tǒng)，SINAMICS S120 是集V/F 控制、矢量控制、伺服控制為一體的多軸驅(qū)動系統(tǒng)，具有模塊化的設(shè)計。各模塊間（包括控制單元模塊、整流/回饋模塊、電機(jī)模塊、傳感器模塊和電機(jī)編碼器等）通過高速驅(qū)動接口DRIVE-CLiQ 相互連接。它不僅能控制普通的三相異步電機(jī)，還能控制同步電機(jī)、扭矩電機(jī)及直線電機(jī)。其強(qiáng)大的定位功能將實現(xiàn)進(jìn)給軸的絕對、相對定位。SINAMICS S120 產(chǎn)品包括用于共直流母線的DC/AC 逆變器和用于單軸的AC/AC 變頻器，由于退火爐內(nèi)爐輥數(shù)量多，因此退火爐段電氣傳動系統(tǒng)采用交-直-交公共直流母線的設(shè)計，優(yōu)點是各電機(jī)軸之間的能量共享，接線方便、簡單。整流單元采用西門子基本型整流單元6SL3330-1TE35-3AA0（BLM）2 臺（一用一備），功率250 kW。爐輥電機(jī)模塊6SL3120-1TE15-0AA3（逆變單元）132 臺，通過PLC 線協(xié)調(diào)系統(tǒng)（LCO）控制爐輥速度與張力輥速度一致，在微張力情況下確保帶鋼在爐內(nèi)不產(chǎn)生劃傷。生產(chǎn)過程中電機(jī)模塊損壞后爐輥將停止轉(zhuǎn)動，由于爐內(nèi)溫度很高，軟化的帶鋼與靜止的爐輥之間形成速度差，帶鋼表面將產(chǎn)生劃傷，影響帶鋼表面質(zhì)量甚至造成廢品。因此一旦出現(xiàn)電機(jī)模塊損壞的情況必須及時更換電機(jī)模塊避免損失擴(kuò)大。由于傳動系統(tǒng)采用交-直-交共直流母線結(jié)構(gòu)，電機(jī)模塊自身不帶預(yù)充電功能，更換新的電機(jī)模塊后不能直接與公共直流母線連接，也不能停整流單元，否則會造成機(jī)組停機(jī)，因此傳統(tǒng)設(shè)計方法中為每臺電機(jī)模塊設(shè)置了預(yù)充電回路用于更換電機(jī)模塊后進(jìn)行預(yù)充電，設(shè)計原理如圖1 所示。

圖1 傳統(tǒng)設(shè)計原理

從圖1 可以看出，整流單元BLM 將三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電，直流母線電壓540 V，各電機(jī)模塊與直流母線通過負(fù)荷開關(guān)連接，電機(jī)模塊將直流電轉(zhuǎn)換為交流電后控制電機(jī)的運(yùn)行。由于更換電機(jī)模塊后需要預(yù)充電，因此為每臺電機(jī)模塊設(shè)置了預(yù)充電回路，預(yù)充電回路由預(yù)充電開關(guān)、預(yù)充電接觸器和預(yù)充電電阻組成，如果更換電機(jī)模塊，以電機(jī)模塊MM1 為例，其更換步驟如下：

（1）斷開直流母線與電機(jī)模塊之間的負(fù)荷開關(guān)F1，充分放電后安裝新電機(jī)模塊。

（2）新電機(jī)模塊安裝完畢后由PLC 控制預(yù)充電接觸器K1合閘預(yù)充電。

（3）待電機(jī)模塊DC LINK 燈亮后合上負(fù)荷開關(guān)F1。

（4）由PLC 控制預(yù)充電接觸器K1 分閘。

（5）更換電機(jī)模塊完畢。

該設(shè)計方法每個電機(jī)模塊都需要設(shè)置獨(dú)立的預(yù)充電開關(guān)、預(yù)充電接觸器、預(yù)充電電阻，預(yù)充電接觸器由PLC 系統(tǒng)控制，預(yù)充電元器件多、線路復(fù)雜，占用柜內(nèi)布局空間，投資成本高。

2 改進(jìn)方案

新方案對傳統(tǒng)預(yù)充電線路進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，設(shè)計了手提式預(yù)充電箱，通過人工手動方法同樣可以實現(xiàn)預(yù)充電功能。新設(shè)計方案如圖2所示。

新設(shè)計方案中取消了為每臺電機(jī)模塊獨(dú)立配置的預(yù)充電開關(guān)、預(yù)充電接觸器和預(yù)充電電阻，在柜內(nèi)增加了公共預(yù)充電插座S11 及為每臺電機(jī)模塊配置的預(yù)充電插座S12等，公共預(yù)充電插座S11 與模塊預(yù)充電插座S12 等都布置在柜內(nèi)底部便于操作，同時設(shè)計了手提式預(yù)充電箱，預(yù)充電箱主要包含以下電氣元器件：2 m 線長的公插頭X11、X12，預(yù)充電快熔FU1、預(yù)充電電阻R1 以及旋把開關(guān)Q1。如果更換電機(jī)模塊，以電機(jī)模塊MM1 為例，其更換步驟如下：

（1）斷開直流母線與電機(jī)模塊之間的負(fù)荷開關(guān)F1，充分放電后安裝新電機(jī)模塊。

（2）新電機(jī)模塊安裝完畢后將操作箱兩側(cè)公插頭X11、X12分別與電機(jī)模塊及直流母線側(cè)插座S11、S12 對接。

（3）將預(yù)充電開關(guān)Q1 從“OFF”旋轉(zhuǎn)到“ON”。

（4）待電機(jī)模塊DC LINK 燈亮后合上負(fù)荷開關(guān)F1。

（5）將預(yù)充電開關(guān)Q1 從“ON”旋轉(zhuǎn)到“OFF”。

（6）拔出公插頭X11 和X12。

圖2 新手動預(yù)充電原理圖

（7）更換電機(jī)模塊完畢。

在新方案中，簡化了原有預(yù)充電回路，減少了電氣元器件，更換電機(jī)模塊步驟較原步驟有所增加，預(yù)充電由人工手動操作完成，達(dá)到了預(yù)期效果。

3 結(jié)束語

新的設(shè)計方案取消了為每臺電機(jī)模塊獨(dú)立設(shè)置的預(yù)充電回路，在原有基礎(chǔ)上增加了預(yù)充電母插座，優(yōu)化了柜內(nèi)空間布局同時降低了投資成本，手提式預(yù)充電箱結(jié)構(gòu)簡單、元器件少，操作方法簡單，操作人員經(jīng)簡單培訓(xùn)即能勝任，現(xiàn)場測試完全可以滿足要求，為電機(jī)模塊預(yù)充電提供了一種新的解決方案。