寶鋼交流變頻器應用概述
| 引言 1 變頻器在寶鋼的應用歷程 (1)寶鋼在一期建設(1985年9月以前)：寶鋼設備的電氣傳動大多是采用直流電機調速裝置。特別是主軋線全部采用大容量直流電機傳動。 (2)二期建設(1985年9月～1991年10月)：設備的電氣傳動少量采用交流變頻調速技術，且為模擬量控制。例如2050熱軋R3機架采用同步電機，變頻器為模擬量控制。 (3) 三期及以后的建設中(1993年以后至今)：大量采用交流變頻調速技術，且為全數字化控制。 隨著電子技術和交流變頻調速技術的迅猛發(fā)展，原直流電機存在的換向和換向器、電刷等部件維護工作量較大等問題，使其在提高單機大容量、過載能力和降低轉動慣量以及簡化維護等方面受到了限制，不能滿足軋鋼機向大型化、高速化方面的發(fā)展，新建的熱軋，冷軋，煉鋼，連鑄，高爐等幾乎100%采用全交流化傳動。 2 變頻器在自動化系統(tǒng)中的作用 從自動化角度看，過程控制系統(tǒng)分為： 設備級(簡稱L0) 基礎自動化級(簡稱L1)； 過程控制級(簡稱L2)； 上級管理計算機(簡稱L3)。 過程控制級(簡稱L2)，其主要功能是根據接收上級管理計算機(簡稱L3)下傳的生產計劃及工藝要求進行模型計算和優(yōu)化設定計算；基礎自動化級(簡稱L1)其主要功能是實施優(yōu)化控制和順序控制及對生產實績進行收集；設備級(簡稱L0)按下傳的指令對設備進行直接控制，完成按工藝要求對材料的加工。由于交流變頻器(L0)的全數字化，通過現場總線連接，強化了L0與L1的信息集成，便于調試和維護，因而L0(馬達控制)已成為自動化控制系統(tǒng)中重要組成部分。 3 變頻器在寶鋼的應用 交流變頻器在寶鋼具有大量而廣泛的應用，變頻器的供電裝置、變頻器及馬達三者已成為寶鋼生產廠設備的心臟，其應用包括熱軋粗軋機、精軋機、飛剪、卷取機、平整機、立輥、活套及輔助生產線；冷軋包括冷連軋；各種處理線及輔助生產線；煉鋼包括傾動，氧副槍等；連鑄包括大包旋轉、結晶器調寬、引錠桿，還有高速線材，鋼管，寬厚板等生產線都大量采用變頻調速技術。寶鋼主生產線上的變頻裝置隨主合同一起引進，由于主線上變頻裝置屬于高電壓、大電流、大容量變頻裝置，技術復雜性高，設備龐大，在選擇方案時要十分慎重，主要采用三菱/東芝(TMEIC)、西門子、ABB、安川、富士、施耐德、羅克韋爾等世界著名電氣廠商的產品。 馬達控制方式及軋機對變頻器的要求 1 馬達控制方式 馬達是根據變頻器產生驅動的，變頻器的控制方式大致可分為三類：速度控制、電流控制和電壓控制。 (1) 速度控制(簡稱ASR)  圖1 馬達控制方式 速度控制框圖如圖1(a)所示，適用于速度控制精度要求高的場合。 圖1(a)中： Ref：從PLC向變頻器傳遞的速度指令(Reference)； Fbk：馬達的直接速度檢測器(PLG)信號向變頻器反饋(Feedback)。 (2) 電流控制(簡稱ACR) 電流控制如圖1(b)所示。一般用于要求電流恒定的負載。如活套張力控制，卷取機咬鋼時帶鋼的控制。 圖1(b)中： C.Ref.：從PLC向變頻器傳輸的電流指令； SLC-Ref.：從PLC向變頻器傳輸的速度極限值； SLC-Fbk：馬達將速度檢測(PLG)的信號向變頻器反饋； SLC：速度極限控制。 (3) 電壓控制(簡稱AVR) 電壓控制如圖1(c)所示，即變頻器輸出電壓/頻率的協調控制=V/F控制，一般用于對速度控制精度要求不高的場合。 圖1(c)中： Ref.：從PLC向變頻器傳輸的頻率指令(Reference)。 2 軋機對變頻器的要求 變頻器是將工頻交流電源變成對馬達可控的變頻交流電源，向馬達供電，實現馬達將電能轉換成機械能，寶鋼生產對變頻器的總要求如圖2所示。具體來說，應滿足：  圖2 對變頻器的要求 (1) 適應電網要求，變頻器注入電網的電流諧波和功率因數要滿足電網要求； (2) 滿足工藝要求(馬達)，即滿足軋鋼工藝對軋制功率、轉矩、轉速、調速范圍； (3) 滿足傳動系統(tǒng)指標要求； (4) 滿足信息化要求，即滿足與自動化系統(tǒng)硬軟件接口的要求； (5) 經濟性。 3 軋機工藝對電氣傳動控制性的要求 軋機對電氣傳動控制性的要求如下： (1)中厚板熱連軋機：粗軋機屬于低速，大容量可逆軋機，要求大轉矩大過載能力，電機功率5～12MW，轉速在50r/min左右，過載2.5倍以上，但對速度精度和動態(tài)響應要求不高； (2)熱連軋機：精軋機傳動功率大，電機功率5~10MW，但轉速不高于600r/min，電機單方向連續(xù)運行，過載1.5倍，要求傳動系統(tǒng)具有0.1%的速度和高于30rad/s的動態(tài)響應； (3)冷連軋機：軋機功率2～6MW，對傳動系統(tǒng)的性能指標要求最高，速度精度0.01%，動態(tài)響應達到60rad/s。冷軋加工線傳動的功率不大，一般小于2MVA，但系統(tǒng)性能指標要求同冷連軋。 4 軋機工藝對通訊的要求 過程控制現場設備(馬達)與控制器(PLC)之間信息互訪要求，以及對網絡通信通用性的要求，促進了各個相互兼容適用的標準、串行、開放、雙向的多站數字實時通信系統(tǒng)的發(fā)展，產生了現場總線標準。從本質上說，現場總線是一種實時控制網絡。現場總線連接自動化最底層的現場控制器和現場智能設備，網線上傳輸的主要是檢測信息、狀態(tài)信息、控制信息等，傳輸信息量小，但要求可靠性高，實時性強。 變頻器在寶鋼的應用 1 TIMEIC/三菱電機/東芝的變頻器在寶鋼的應用情況 TIMEIC/三菱電機/東芝的變頻器在寶鋼的應用情況，如表1所示。 表1 TIMEC/三菱電機/東芝變頻器在寶鋼應用  2 西門子變頻器在寶鋼的應用情況 西門子變頻器在寶鋼的應用情況，如表2所示。 表2 西門子變頻器在寶鋼應用  3 變頻器在寶鋼熱軋的應用  圖3 變頻器在熱軋的應用 以1780熱連軋為例，由圖3可知： (1)采用交流電動機驅動，全部為交流變頻調速系統(tǒng)，其中主傳動為交流同步電機驅動(粗軋7800kW、精軋8000kW)，驅動裝置采用三菱電機的MELVEC-3000型變頻器。該裝置為電壓型交流變頻裝置，主回路采用大功率的自關斷型器件—GCT(Gate commutated Turn-off Thyristor)，元件容量6kA/6kV，逆變器******輸出功率60Hz。由于單個元件的容量較大，整個裝置采用純水冷卻，變頻器在熱軋的應用如圖3所示； (2) 在調試及試運行期間，曾經發(fā)生25次以上電壓畸變率大于10%的情況，主要采取的措施： 將相鄰兩臺變頻器的調制相位錯開； 由于35kV電源上已有另外2個用戶存在不同程度的電壓畸變，再與本廠高次諧波疊加(向量和)，將使電壓畸變率增至很大，經分析進行負荷重新調整，將熱軋供電與上述2個用戶分開。 通過以上措施，目前的電壓畸變率已在正常范圍之內。1780熱軋自2003年12月熱負荷試車以來，曾發(fā)生兩次故障，一次是精軋F4逆變器元件損壞，經分析是單元裝配時控制板沒有壓接好，造成接觸不良，另一次是飛剪整流側元件損壞，原因是電源進線處有短路痕跡。該裝置投產以來基本運行情況良好，平均功率因數保持在0.98，電源側的電壓畸變率，諧波29、31次小于4%。 (3) 熱軋變頻器選擇 在設計階段注意變頻器和馬達參數的正確匹配，熱軋變頻器選擇如表3所示。 表3 熱軋變頻器選擇  4 變頻器在冷軋的應用  圖4 五冷軋酸軋變頻器應用 變頻器在冷軋的應用如圖4所示。 采用TDC控制器(工藝驅動控制器)需與電機進行協調控制，它主要應用在運算工作量大，運算速度快的場合，還有軋機主傳動電機 |
