交交變頻調速系統簡介

耿瑩瑩

（萊鋼集團設備檢修中心，山東萊蕪，271104）

交交變頻調速系統簡介

耿瑩瑩

（萊鋼集團設備檢修中心，山東萊蕪，271104）

本文主要介紹鋼材成品生產線上主傳動調速系統的構成及應用，重點說明了調速系統的組成及其工作原理。關鍵詞：交交變頻；處理器；連鎖保護

0 引言

山東鋼鐵萊蕪分公司某鋼材生產線共有主電機4臺。分別為粗軋機1臺，精軋機3臺，共4套主傳動調速系統，全部采用交-交變頻調速。主傳動電動機為交流同步機，控制器是西門子公司SIMADYN D全數字64位處理器組成的矢量控制器，功率裝置采用Y連接的交流偏置式結構，功率元件全部為西門子產品，以保證質量。在同步機的后部安裝有編碼器，用來測量電機的轉速。

1 電動機主要技術數據

以粗軋主電機為例說明，主電機為同步電機，極數為12極，額定功率5500KW，最高轉速60—100r/min，定子額定電壓1650V，定子額定電流2003A，頻率范圍為6—10HZ。勵磁電壓直流210V，勵磁電流510A。過載能力：200%額定（基速以下60S），275%額定直接作用于跳閘。主傳動交-交同步電機定子及兩側軸承配有溫度傳感器，主傳動電機安裝接地碳刷以消除電機軸向電流，主電機冷卻方式采用背包水冷卻方式。

2 電機定子回路

2.1 定子回路整流變壓器

主傳動電動機定子主回路采用3臺干式三相整流變壓器，容量為3700KVA。變比35kV/1150V，短路阻抗ek%=7.5%，對電網形成12相脈波整流，減少對電網造成的諧波。定子主回路如下圖1所示。

整流變壓器配有超溫保護、高溫保護接點輸出，與高壓開關回路進行聯鎖，由于變壓器為干式，所以沒有瓦斯保護。主回路進線經高壓開關柜接到整流變壓器，每臺整流變壓器低壓側分別接至3套晶閘管變流裝置。

2.2 定子晶閘管變流器

電動機三相定子繞組接法為Y形，3套變流裝置的正輸出母線經3臺主接觸器接至同步電動機三相定子繞組，負輸出母線短接在一起，構成Y形三相交-交變頻變流器。三相輸出交-交變頻器特點：（1）電流三相正弦波，附加損耗較小，脈動轉矩小；（2）無環流控制下的輸出頻率≤20HZ；（3）主回路比較復雜，元器件較多，需要36個晶閘管。由于電動機三相定子繞組的星點與三相變流器輸出的星點是斷開的，便具有一定的交流偏置，使得裝置輸出相電壓為梯形波，但線電壓為正弦波。因此相電壓輸出能夠降到原來的85%左右，使整流變壓器二次電壓降低，變壓器容量也可以選的小一些。本系統觸發脈沖采用寬度為36度的脈沖列。

圖1 定子主回路

晶閘管變流柜的主回路采用三相全控橋式線路。由于實際電流切換存在“死時”，變頻器輸出的電流和從電網輸入的電流就不是完全準確的正弦波；此外，如果電流切換時的“死時”越長，產生的諧波也就越大，嚴重的時候還會造成變流裝置輸出能力下降，無謂地增加損耗。一般我們都把交交變頻系統的無環流電流切換“死時”控制在2 ms以內，以達到我們預期的目的，使之盡量少產生諧波，增加變流裝置的輸出能力。要想避免“死時”對變流裝置所帶來的不利影響，我們首先必須要準確地檢測出電路中的零電流。在這里主要是采用零電流檢測器，這個元件比普通的門坎檢測要準確、迅速，是保證電流切換控制在很短時間內的最重要手段。在變流柜內，每相變流裝置還具有一個電壓傳感器，用來檢測定子實際電壓，并能夠在面板上顯示出來，供現場操作人員查看并監視裝置的正常與否。

晶閘管變流裝置還裝配有故障檢測功能，只要內部有故障發生，可以及時發出報警信號，并且能夠進行系統聯鎖。而且具有記憶功能，當技術人員檢查維護時，可以查看故障并準確地推斷出產生故障的位置，從而能夠快速地排除故障，給檢修作業提供了很大的方便。

晶閘管變流裝置還具有開門保護功能，即：在高壓開關合閘后，此裝置是不允許打開柜門的，如果強行打開，就會立刻聯鎖高壓開關柜，使得斷路器跳閘，以保證人身安全。

3 電機勵磁回路

3.1 勵磁變壓器

粗軋機勵磁回路為干式整流變壓器供電，容量為500KVA，變比10KV/600V，每臺電機系統用1套繞組。接法為D/Y-11，二次電壓600 V，短路阻抗5.5%，干式變壓器。配有超溫保護接點，與高壓開關回路聯鎖，同樣，由于變壓器為干式變壓器，所以沒有瓦斯保護功能。

3.2 勵磁晶閘管變流器

勵磁回路與定子回路不同，勵磁回路為晶閘管三相全控不可逆整流橋，電源通過整流橋輸出后直接接到電動機的勵磁繞組上，用于電機的勵磁。

為了防止在故障情況下轉子過電壓而損壞晶閘管，在勵磁柜外專門配置了一套高容量壓敏電阻，用來吸收勵磁回路中的過電壓；此外，還具有快速過壓保護回路。這樣就完全能夠保證勵磁回路的安全，從而保證了電機和變流裝置的安全運行，防止發生危險事故和故障。

4 變頻控制系統

此系統的變頻控制為西門子公司的SIMADYN D數字控制柜。本系統軟件為UNIX操作系統，安裝了西門子公司開發的編程軟件。系統硬件設備主要由主機箱和輔助機箱以及接口端子板等組成。主機箱主要由通用微處理器單元、專用微處理器單元及各種輔助單元、接口單元、通訊單元及電源等組成。

本系統處理器單元目前是具有64位的處理器，分為四個部分。第1個處理器(PM6)主要是為了完成系統起停的速度邏輯控制等任務；第2個處理器(PM6)主要完成矢量控制、磁通控制等任務；第3個處理器(EP22)主要是三相變流器控制，主要完成三相交流電流控制；第4個處理器(PM6)完成勵磁電流控制、故障處理、主回路合分閘、操作面板OP控制、通訊等任務。

主機箱與現場電動機的信號、數據等信息的交換是通過Profibus_DP通訊連接ET200遠程站來實現的。在系統輔助控制柜中安裝1套遠程I/O站，用來完成系統內、外控操作、開關操作聯鎖、報警及故障顯示等。現場每臺電動機旁也要設置1臺遠程I/O站，用來采集電動機溫度、軸承潤滑、機械聯鎖等信號。當信號采集到遠程I/O站后，再通過DP線通訊到主機箱中，參與連鎖保護等。

5 故障保護聯鎖

本系統通過硬件、軟件可以實現多種保護功能，具有故障、報警、聯鎖、記憶、復位等綜合處理能力。

檢測并參與聯鎖的故障主要包括：定子回路的過電流、過電壓；轉子回路的過電流、過電壓；堵轉、變流裝置故障、高壓開關故障分閘、欠勵磁、電源欠壓、變流裝置風機故障、電動機風機故障、電動機冷卻水系統故障、主變壓器超溫、電動機超溫、電動機軸承超溫、電動機潤滑故障、機械潤滑故障等，以及通訊故障等。所有能給電機或者控制系統帶來危險的因素都能夠檢測和保護。

6 結束語

此套系統為西門子公司比較成熟的一套控制系統，雖然結構有些復雜，但是它具有運行穩定、故障率低、效率高等諸多優點，在很多場所，尤其是冶金、紡織、礦業等場所都有廣泛地應用。

[1]馬小亮.大功率交—交變頻調速及矢量控制，機械工業出版社，2004年07月.

[2]張燕賓.SPWM變頻調速應用技術，機械工業出版社，2012年01月.

[3]李鴻儒.西門子系列變頻器及其工程應用，機械工業出版社，2013年09月.

Introduction of alternating current frequency control system

Geng Yingying
(Equipment maintenance center of Laiwu Steel Group，Laiwu Shandong，271104)

this paper mainly introduces the composition and application of main drive speed system in the production line of steel products, and points out the composition and principle of the speed regulating system.

alternating current frequency conversion; Processor; Chain safeguard