交-直-交变频器在卷取机传动中的应用.doc

1? 引言 宝钢2050热轧厂是1989年投产的，原设计以直流机为主。随着交流变频和交流机的大幅度使用。为了适应新时期用户的对产品产量的更高要求，我们对现场设备进行了改造。将以前的直流传动改造成交流传动，这种改造从卷取区的卷取机改造开始。先后对1#、2#、3#卷取机传动控制系统进行了交流化改造。下面以2#卷取机为例，将卷取机传动系统改造的情况作一介绍。2#卷取机传动系统采用了带公用整流器结构，如图1所示。各电机用的逆变装置分挂在整流器上，包括一台卷筒电机，两台夹送辊电机和三台助卷辊电机。其中:卷筒电机采用同步电机，夹送辊和助卷辊采用异步机，电机由西门子典型的矢量控制的交-直-交变频器系统供电，卷筒励磁由SD进行调节控制。电机带有脉冲编码器，调速性能优良，空载时速度环静态精度为0.01%，速度调节时间小于100ms，电流环调节时间小于10ms。 ? 字串9 图1???? 系统结构图 2? 传动系统结构2.1 整流/回馈部分整流单元使用的功率元件为晶闸管，进线的交流电压通过整流向连接逆变器的直流电压母线提供电动状态能量并构成多电机传动系统。整流单元由4000kVA 6kV/650V整流变压器供电，带有自耦变压器和6脉冲整流/回馈单元，产生890V直流母线电压。卷筒、夹送辊和助卷辊电机的逆变装置就挂在这个直流母线上，没有设直流开关及断路器。曾经考虑使用直流快开作为直流母线短路保护，由于一般情况下，电机或逆变器短路保护在逆变器内部可以实现。而纯粹的直流母线短路现象几乎难以发生，如果配以快开，每年需要维护，而且维护量很大，故没有采取这种短路保护。以上控制方式称做共用直流母线的多电机传动控制方式，它具有以下显著的特点:(1) 采用共用直流母线和共用制动单元, 可以减少整流器和制动单元的配置，结构简单合理们;(2) 共用直流母线的中间直流电压恒定, 电容并联储能容量大;(3) 各电动机工作在不同状态下, 能量回馈互补, 优化了系统的动态特性，同时可以节能;(4) 提高系统功率因数, 降低电网谐波电流, 提高系统的用电效率。说到整流单元，不能不提的是自耦变压器。因为按照的晶闸管的电压控制方式，已知道其输出电压为:Ud=1.35×U×cosα=1.35b650n·cosα=890V(直流母线电压) 字串4 说明晶闸管的导通角度满触发，没有反向触发的可能，而在整流/回馈单元本身是不能完成把电机的发电能量从直流母线送回电网的，这就需要自耦变压器。当直流电压升高到一定值时，发电工作的桥连通到自耦变压器，将电压返回到电源进线，同时，有了自耦变压器，即使在发电状态下工作，仍有最大的电机转矩;当供电系统较弱或电压发生瞬时跌落时，仍有高的可用性，在本系统里，自耦变压器采用的是25%ED。 ? 图2??? 自耦变压器2.2 卷筒电机传动系统部分下面以卷筒电机的控制为例对传动控制系统部分进行说明:卷筒电机传动控制系统由MASTERDRIVES逆变器、励磁整流器(全数字多处理器控制系统SIMADYN-D)，交流隐极同步电动机等组成，是典型的全数字矢量控制调速系统。变频器输出电压、电流、频率连续可调。控制系统采用气隙磁场定向矢量变换控制技术。电动机在基速以下为恒转矩调速控制，在基速以上为恒功率调速控制。 (1) MASTERDRIVES逆变器卷筒MASTERDRIVE逆变装置是由3套800kW逆变柜并联组成，通过保险丝连接到直流母排上，每套逆变装置连接一个输出电抗器，然后通过无负荷隔离开关连接到交流同步电机上。每套逆变器由A、B、C三相组成，每相4个IGBT功率元件。系统具有多种保护功能。(2) 交流同步电机电动机采用西门子直流励磁隐极式转子交流同步电机。电机功率为1200kW，额定电压580V，额定电流1235A，转速700/1400r/min，电机磁场为55V、402A。(3) 卷筒传动系统控制回路部分卷筒传动系统控制回路包括辅助控制柜、励磁控制回路和励磁主回路三部分。l?辅助控制柜辅助控制柜包括磁场回路变压器，磁场开关，卷筒、夹送辊、助卷辊的辅助电源以及磁场控制柜的电源。 l?励磁控制回路磁场控制部分由全数字SIMADYN-D控制柜和励磁回路组成。SIMADYN-D控制柜由框架、电源板SP7、处理器板(PT20G)、通讯板SS5等组成。处理器板与磁场整流器相连，通讯板分三路通讯，一路通过PROFIBUS和现场ET200相连，一路通过PROFIBUS和本柜中的ET200相连，一路通过RS-485和MASTERDRIVES装置的CUVC板相连。外围设备信号如:风机、温度、漏水检测等信号经ET200通过通讯连接到SD装置。l?励磁主回路励磁回路由断路器、进线电抗器、励磁整流器等组成。励磁整流器选用6QG