全數(shù)字矢量控制交—交變頻調(diào)速控制系統(tǒng)在包鋼百米高速鋼軌主傳動系統(tǒng)中的應(yīng)用

李潔+梁文

摘要：介紹了全數(shù)字矢量控制交-交變頻調(diào)速控制系統(tǒng)在包鋼百米高速鋼軌主傳動系統(tǒng)中的應(yīng)用，重點(diǎn)闡述了全數(shù)字矢量控制交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制原理和系統(tǒng)構(gòu)成。

關(guān)鍵詞：交-交變頻器；同步電動機(jī)；矢量控制

1引言

包鋼軌梁廠是包頭鋼鐵集團(tuán)公司下屬的大型型鋼企業(yè)，先后開發(fā)了時(shí)速250km、350km和380km的百米高速鋼軌，以及多種型號的H型鋼產(chǎn)品，鋼軌產(chǎn)量居國內(nèi)第一。BD1軋機(jī)作為百米高速鋼軌生產(chǎn)線的粗軋機(jī)，采用了雙繞組變頻調(diào)速交流專用同步電動機(jī)，電控系統(tǒng)采用全數(shù)字矢量控制交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行控制，交-交變頻功率裝置為三相無環(huán)流可逆式晶閘管變流器，主回路為Y連接的交流偏置式結(jié)構(gòu)，引進(jìn)了西門子公司SIMADYN D全數(shù)字64位處理器組成的矢量控制交-交變頻數(shù)字控制柜。

2主傳動系統(tǒng)的構(gòu)成

BD1軋機(jī)主傳動系統(tǒng)主要由電動機(jī)、整流變壓器、勵磁整流變壓器和數(shù)字控制系統(tǒng)組成。系統(tǒng)除了具有正常軋制功能外，還具有正向點(diǎn)動、反向點(diǎn)動、爬行、快速停車及緊急停車等功能，具有控制精度高、響應(yīng)快速、可靠性強(qiáng)及易于維護(hù)的優(yōu)良品質(zhì)。

2.1主傳動電動機(jī)

主傳動電動機(jī)采用同步電動機(jī)（主要參數(shù)為：額定功率6000（kW）、額定定子線電壓1600 （V）、額定轉(zhuǎn)速，70 （r/min）），電動機(jī)三相定子繞組接法為雙Y形兩套繞組，每3臺整流柜的正輸出母線經(jīng)1臺手動隔離開關(guān)接至電機(jī)其中的一套三相定子繞組，構(gòu)成Y形三相交-交變頻變流器。兩繞組共6臺整流柜。由于兩套繞組的供電變壓器相位互差30度，可以對電源側(cè)構(gòu)成等效的12脈動整流，減少電源側(cè)諧波，同時(shí)可以減小電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動，電動機(jī)回路如圖1所示。

2.2整流變壓器

定子三相晶閘管變流器采用ABB公司4英寸、4 kV元件，用2只晶閘管元件和1套熱管風(fēng)冷散熱器構(gòu)成直接反并聯(lián)功率組件，采用強(qiáng)迫風(fēng)冷。每臺變流柜主回路為可逆三相全控可逆整流橋。每相為1臺整流柜每臺電動機(jī)定子變流器共由3臺晶閘管變流柜組成。變流裝置額定輸出電壓等級1200V、額定輸出電流有效值3150A，最大輸出電流6300 A，如圖2所示。

2.3勵磁整流變壓器

勵磁采用晶閘管三相全控單向整流橋，整流橋輸出直接接到電動機(jī)勵磁繞組。晶閘管元件采用國產(chǎn)KP1650A / 2200 V組件組成三相全控整流橋。風(fēng)冷鋁散熱器和強(qiáng)迫風(fēng)冷，每套系統(tǒng)為1臺柜。每臺勵磁柜最大輸出電壓726V、額定輸出電流1250A，最大輸出電流2500A （ 60s ）。

2.4數(shù)字控制系統(tǒng)

數(shù)字控制采用西門子公司的SIMADYN D原裝數(shù)字控制柜。西門子公司SIMADYN D采用UNIX操作系統(tǒng)，安裝西門子公司開發(fā)的STRUC G圖形化編程軟件。該系統(tǒng)采用圖形化自由編程、模塊化自由配置、多處理器并行工作的實(shí)時(shí)處理通用數(shù)字控制系統(tǒng)，適用于高技術(shù)性能要求的大功率閉環(huán)電氣傳動控制，滿足各種復(fù)雜的和精確的控制要求，例如在高精度要求的粗軋機(jī)主傳動大功率交、直流傳動、大功率卷取機(jī)傳動、飛剪傳動、多電機(jī)控制、張力控制、水利發(fā)電系統(tǒng)、特大功率起動系統(tǒng)、高壓直流輸電系統(tǒng)、電網(wǎng)動態(tài)無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，如圖3所示。

數(shù)字控制系統(tǒng)通訊，SIMADYN D主機(jī)箱通過Profibus_DP通訊接口連接SIEMENS公司PLC遠(yuǎn)程I / O站，采集電動機(jī)、變壓器和高壓開關(guān)、其它外部設(shè)備數(shù)據(jù)。在每套系統(tǒng)輔助控制柜中安裝1套S7-300 PLC站，分別完成系統(tǒng)內(nèi)、外控操作、勵磁開關(guān)聯(lián)鎖、高壓開關(guān)操作聯(lián)鎖、主開關(guān)聯(lián)鎖、報(bào)警及故障顯示、軸承潤滑、機(jī)械聯(lián)鎖等功能。在每臺電動機(jī)旁設(shè)置1臺I / O箱，裝1臺遠(yuǎn)程I / O站，采集電動機(jī)溫度、信號，如圖4所示。圖3UNIX操作系統(tǒng)

參考文獻(xiàn)：

[1] 張懷勇.西門子自動化系統(tǒng)實(shí)戰(zhàn)S7和PCS7應(yīng)用實(shí)例[M].北京：人民郵電出版社，2007.

[2] 蘇昆哲.深入淺出西門子WinCC V6[M].北京：航空航天出版社，2005.

Abstract：This article introduces the application of full digital vector control AC-AC variable frequency speed control system in Baotou 100-meter high speed rail in the main transmission system，and expounds the control principle and the system structure of full digital vector control AC-AC variable frequency speed regulation system.

Key words：AC-AC frequency converter；synchronous motor；vector controlendprint

摘要：介紹了全數(shù)字矢量控制交-交變頻調(diào)速控制系統(tǒng)在包鋼百米高速鋼軌主傳動系統(tǒng)中的應(yīng)用，重點(diǎn)闡述了全數(shù)字矢量控制交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制原理和系統(tǒng)構(gòu)成。

關(guān)鍵詞：交-交變頻器；同步電動機(jī)；矢量控制

1引言

包鋼軌梁廠是包頭鋼鐵集團(tuán)公司下屬的大型型鋼企業(yè)，先后開發(fā)了時(shí)速250km、350km和380km的百米高速鋼軌，以及多種型號的H型鋼產(chǎn)品，鋼軌產(chǎn)量居國內(nèi)第一。BD1軋機(jī)作為百米高速鋼軌生產(chǎn)線的粗軋機(jī)，采用了雙繞組變頻調(diào)速交流專用同步電動機(jī)，電控系統(tǒng)采用全數(shù)字矢量控制交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行控制，交-交變頻功率裝置為三相無環(huán)流可逆式晶閘管變流器，主回路為Y連接的交流偏置式結(jié)構(gòu)，引進(jìn)了西門子公司SIMADYN D全數(shù)字64位處理器組成的矢量控制交-交變頻數(shù)字控制柜。

2主傳動系統(tǒng)的構(gòu)成

BD1軋機(jī)主傳動系統(tǒng)主要由電動機(jī)、整流變壓器、勵磁整流變壓器和數(shù)字控制系統(tǒng)組成。系統(tǒng)除了具有正常軋制功能外，還具有正向點(diǎn)動、反向點(diǎn)動、爬行、快速停車及緊急停車等功能，具有控制精度高、響應(yīng)快速、可靠性強(qiáng)及易于維護(hù)的優(yōu)良品質(zhì)。

2.1主傳動電動機(jī)

主傳動電動機(jī)采用同步電動機(jī)（主要參數(shù)為：額定功率6000（kW）、額定定子線電壓1600 （V）、額定轉(zhuǎn)速，70 （r/min）），電動機(jī)三相定子繞組接法為雙Y形兩套繞組，每3臺整流柜的正輸出母線經(jīng)1臺手動隔離開關(guān)接至電機(jī)其中的一套三相定子繞組，構(gòu)成Y形三相交-交變頻變流器。兩繞組共6臺整流柜。由于兩套繞組的供電變壓器相位互差30度，可以對電源側(cè)構(gòu)成等效的12脈動整流，減少電源側(cè)諧波，同時(shí)可以減小電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動，電動機(jī)回路如圖1所示。

2.2整流變壓器

定子三相晶閘管變流器采用ABB公司4英寸、4 kV元件，用2只晶閘管元件和1套熱管風(fēng)冷散熱器構(gòu)成直接反并聯(lián)功率組件，采用強(qiáng)迫風(fēng)冷。每臺變流柜主回路為可逆三相全控可逆整流橋。每相為1臺整流柜每臺電動機(jī)定子變流器共由3臺晶閘管變流柜組成。變流裝置額定輸出電壓等級1200V、額定輸出電流有效值3150A，最大輸出電流6300 A，如圖2所示。

2.3勵磁整流變壓器

勵磁采用晶閘管三相全控單向整流橋，整流橋輸出直接接到電動機(jī)勵磁繞組。晶閘管元件采用國產(chǎn)KP1650A / 2200 V組件組成三相全控整流橋。風(fēng)冷鋁散熱器和強(qiáng)迫風(fēng)冷，每套系統(tǒng)為1臺柜。每臺勵磁柜最大輸出電壓726V、額定輸出電流1250A，最大輸出電流2500A （ 60s ）。

2.4數(shù)字控制系統(tǒng)

數(shù)字控制采用西門子公司的SIMADYN D原裝數(shù)字控制柜。西門子公司SIMADYN D采用UNIX操作系統(tǒng)，安裝西門子公司開發(fā)的STRUC G圖形化編程軟件。該系統(tǒng)采用圖形化自由編程、模塊化自由配置、多處理器并行工作的實(shí)時(shí)處理通用數(shù)字控制系統(tǒng)，適用于高技術(shù)性能要求的大功率閉環(huán)電氣傳動控制，滿足各種復(fù)雜的和精確的控制要求，例如在高精度要求的粗軋機(jī)主傳動大功率交、直流傳動、大功率卷取機(jī)傳動、飛剪傳動、多電機(jī)控制、張力控制、水利發(fā)電系統(tǒng)、特大功率起動系統(tǒng)、高壓直流輸電系統(tǒng)、電網(wǎng)動態(tài)無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，如圖3所示。

數(shù)字控制系統(tǒng)通訊，SIMADYN D主機(jī)箱通過Profibus_DP通訊接口連接SIEMENS公司PLC遠(yuǎn)程I / O站，采集電動機(jī)、變壓器和高壓開關(guān)、其它外部設(shè)備數(shù)據(jù)。在每套系統(tǒng)輔助控制柜中安裝1套S7-300 PLC站，分別完成系統(tǒng)內(nèi)、外控操作、勵磁開關(guān)聯(lián)鎖、高壓開關(guān)操作聯(lián)鎖、主開關(guān)聯(lián)鎖、報(bào)警及故障顯示、軸承潤滑、機(jī)械聯(lián)鎖等功能。在每臺電動機(jī)旁設(shè)置1臺I / O箱，裝1臺遠(yuǎn)程I / O站，采集電動機(jī)溫度、信號，如圖4所示。圖3UNIX操作系統(tǒng)

參考文獻(xiàn)：

[1] 張懷勇.西門子自動化系統(tǒng)實(shí)戰(zhàn)S7和PCS7應(yīng)用實(shí)例[M].北京：人民郵電出版社，2007.

[2] 蘇昆哲.深入淺出西門子WinCC V6[M].北京：航空航天出版社，2005.

Abstract：This article introduces the application of full digital vector control AC-AC variable frequency speed control system in Baotou 100-meter high speed rail in the main transmission system，and expounds the control principle and the system structure of full digital vector control AC-AC variable frequency speed regulation system.

Key words：AC-AC frequency converter；synchronous motor；vector controlendprint

摘要：介紹了全數(shù)字矢量控制交-交變頻調(diào)速控制系統(tǒng)在包鋼百米高速鋼軌主傳動系統(tǒng)中的應(yīng)用，重點(diǎn)闡述了全數(shù)字矢量控制交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制原理和系統(tǒng)構(gòu)成。

關(guān)鍵詞：交-交變頻器；同步電動機(jī)；矢量控制

1引言

包鋼軌梁廠是包頭鋼鐵集團(tuán)公司下屬的大型型鋼企業(yè)，先后開發(fā)了時(shí)速250km、350km和380km的百米高速鋼軌，以及多種型號的H型鋼產(chǎn)品，鋼軌產(chǎn)量居國內(nèi)第一。BD1軋機(jī)作為百米高速鋼軌生產(chǎn)線的粗軋機(jī)，采用了雙繞組變頻調(diào)速交流專用同步電動機(jī)，電控系統(tǒng)采用全數(shù)字矢量控制交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行控制，交-交變頻功率裝置為三相無環(huán)流可逆式晶閘管變流器，主回路為Y連接的交流偏置式結(jié)構(gòu)，引進(jìn)了西門子公司SIMADYN D全數(shù)字64位處理器組成的矢量控制交-交變頻數(shù)字控制柜。

2主傳動系統(tǒng)的構(gòu)成

BD1軋機(jī)主傳動系統(tǒng)主要由電動機(jī)、整流變壓器、勵磁整流變壓器和數(shù)字控制系統(tǒng)組成。系統(tǒng)除了具有正常軋制功能外，還具有正向點(diǎn)動、反向點(diǎn)動、爬行、快速停車及緊急停車等功能，具有控制精度高、響應(yīng)快速、可靠性強(qiáng)及易于維護(hù)的優(yōu)良品質(zhì)。

2.1主傳動電動機(jī)

主傳動電動機(jī)采用同步電動機(jī)（主要參數(shù)為：額定功率6000（kW）、額定定子線電壓1600 （V）、額定轉(zhuǎn)速，70 （r/min）），電動機(jī)三相定子繞組接法為雙Y形兩套繞組，每3臺整流柜的正輸出母線經(jīng)1臺手動隔離開關(guān)接至電機(jī)其中的一套三相定子繞組，構(gòu)成Y形三相交-交變頻變流器。兩繞組共6臺整流柜。由于兩套繞組的供電變壓器相位互差30度，可以對電源側(cè)構(gòu)成等效的12脈動整流，減少電源側(cè)諧波，同時(shí)可以減小電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動，電動機(jī)回路如圖1所示。

2.2整流變壓器

定子三相晶閘管變流器采用ABB公司4英寸、4 kV元件，用2只晶閘管元件和1套熱管風(fēng)冷散熱器構(gòu)成直接反并聯(lián)功率組件，采用強(qiáng)迫風(fēng)冷。每臺變流柜主回路為可逆三相全控可逆整流橋。每相為1臺整流柜每臺電動機(jī)定子變流器共由3臺晶閘管變流柜組成。變流裝置額定輸出電壓等級1200V、額定輸出電流有效值3150A，最大輸出電流6300 A，如圖2所示。

2.3勵磁整流變壓器

勵磁采用晶閘管三相全控單向整流橋，整流橋輸出直接接到電動機(jī)勵磁繞組。晶閘管元件采用國產(chǎn)KP1650A / 2200 V組件組成三相全控整流橋。風(fēng)冷鋁散熱器和強(qiáng)迫風(fēng)冷，每套系統(tǒng)為1臺柜。每臺勵磁柜最大輸出電壓726V、額定輸出電流1250A，最大輸出電流2500A （ 60s ）。

2.4數(shù)字控制系統(tǒng)

數(shù)字控制采用西門子公司的SIMADYN D原裝數(shù)字控制柜。西門子公司SIMADYN D采用UNIX操作系統(tǒng)，安裝西門子公司開發(fā)的STRUC G圖形化編程軟件。該系統(tǒng)采用圖形化自由編程、模塊化自由配置、多處理器并行工作的實(shí)時(shí)處理通用數(shù)字控制系統(tǒng)，適用于高技術(shù)性能要求的大功率閉環(huán)電氣傳動控制，滿足各種復(fù)雜的和精確的控制要求，例如在高精度要求的粗軋機(jī)主傳動大功率交、直流傳動、大功率卷取機(jī)傳動、飛剪傳動、多電機(jī)控制、張力控制、水利發(fā)電系統(tǒng)、特大功率起動系統(tǒng)、高壓直流輸電系統(tǒng)、電網(wǎng)動態(tài)無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，如圖3所示。

數(shù)字控制系統(tǒng)通訊，SIMADYN D主機(jī)箱通過Profibus_DP通訊接口連接SIEMENS公司PLC遠(yuǎn)程I / O站，采集電動機(jī)、變壓器和高壓開關(guān)、其它外部設(shè)備數(shù)據(jù)。在每套系統(tǒng)輔助控制柜中安裝1套S7-300 PLC站，分別完成系統(tǒng)內(nèi)、外控操作、勵磁開關(guān)聯(lián)鎖、高壓開關(guān)操作聯(lián)鎖、主開關(guān)聯(lián)鎖、報(bào)警及故障顯示、軸承潤滑、機(jī)械聯(lián)鎖等功能。在每臺電動機(jī)旁設(shè)置1臺I / O箱，裝1臺遠(yuǎn)程I / O站，采集電動機(jī)溫度、信號，如圖4所示。圖3UNIX操作系統(tǒng)

參考文獻(xiàn)：

[1] 張懷勇.西門子自動化系統(tǒng)實(shí)戰(zhàn)S7和PCS7應(yīng)用實(shí)例[M].北京：人民郵電出版社，2007.

[2] 蘇昆哲.深入淺出西門子WinCC V6[M].北京：航空航天出版社，2005.

Abstract：This article introduces the application of full digital vector control AC-AC variable frequency speed control system in Baotou 100-meter high speed rail in the main transmission system，and expounds the control principle and the system structure of full digital vector control AC-AC variable frequency speed regulation system.

Key words：AC-AC frequency converter；synchronous motor；vector controlendprint