高速線材精軋機LCI系統淺析

吳 振

（河鋼股份有限公司承德分公司 河北省釩鈦工程技術研究中心，河北 承德 067000）

1 精軋機LCI系統介紹

SIMOVERT S變頻器又名LCI系統為Load Commutate Inverter的英文縮寫，即負荷換相變頻器。是交直交電流型變頻器，中間直流回路儲能元件為電抗器。SIMOVERT S變頻器是一種電流源交直交變頻器，用于連續的調節速度或同步電機的軟起動。典型的應用為：電機速度可達到6000rpm，作為軟起動器速度可到同步速度。SIMOVERT S變頻器電機的調速范圍可為1：10～1：100，根據需要用戶可選擇功率部分風冷或水冷方式，水冷時最高功率可達到70MW。SIMOVERT S變頻器由于簡單的布局使得可控硅較少，維護方便，性能高效可靠。SIMOVERT S變頻器的特性使得在工業中用于連續調速，比較適合在鋼鐵行業軋線大功率電機拖動中，要求較高的場合中應用。

2 系統結構

整個SIMOVERT S控制系統的系統結構有：①驅動系統；②SIMOVERT S 6SB20變頻器；③電機；④進線整流變壓器；⑤進線斷路器。

2.1 驅動系統

驅動系統由以下組件構成：SIMOVERT S 6SB20變頻器；同步電機；變頻器整流變壓器；主回路高壓斷路器。

2.2 SIMOVERTS 6SB20變頻器

在12脈動功率柜中有2個進線整流柜，2個中間直流回路電抗器，2出線逆變柜勵磁部分。勵磁柜由DC MASTER直流調速器組成的直流勵磁。開環和閉環控制。開環和閉環控制根據功能可分為：跟傳動有關的開環和閉環控制；面向系統的開環控制。跟傳動有關的開環和閉環控制包括以下功能：①速度控制；②電流控制；③給定發生器；④可控硅監視；⑤跟變頻器有關的組件控制和監視，例如主回路高壓開關，勵磁系統。面向系統的控制能夠參數化的監視功能有：進線變壓器；出線變壓器（可選）；同步電機。還有一些可選的功能通過以下方式實現：PROFIBUS；個別的開關量和模擬量端子控制信號。

2.3 電機

電機可以運行同步電機帶無刷勵磁；同步電機帶直流勵磁；在無編碼器方式或低速時有編碼器方式運行；在高線精軋機控制中，用有編碼器，直流勵磁同步電機。由于電機是傳動控制系統的一部分，所以電機保護監視可以在變頻器系統控制中實現。電機保護監視包括以下功能：①電機定子繞組溫度監視；②電機軸瓦溫度監視；③電機軸瓦油壓監視；④電機進出口空氣溫度監視5、電機冷卻水漏水監視。

2.4 進線整流變壓器

進線整流變壓器電氣設計選型根據要求得出結論：額定功率；過載能力；由于變頻器的無熔斷器設計，必須考慮故障時短路電流限制加整流變壓器的目的；提供適合變頻器電壓要求的電源；跟電源與變壓器的電氣隔離；進線變壓器必須適合進線整流橋要求的電抗。12脈波驅動系統要求變壓器副邊為雙繞組，兩個繞組相位互差300。根據需要，還要為勵磁回路提供勵磁變壓器和進線電抗器。

2.5 進線斷路器

進線斷路器通常要選中壓級別的，接在進線變壓器原邊。進線斷路器不能直接給變頻器供電，進線斷路器受變頻器控制和監視。

3 功率部分

為了適應大功率電機運轉電流較大的需要，我們選用進口先進功率可控元件，并分別用于進線整流器和電機側逆變器，但又因其在工作過程中并不完全一樣，因此，這些大功率元件在選用時考慮到過電壓抑制、接地檢測、直流回路電抗器等問題，其組件結構如圖所示。

圖1 進線斷路器組件結構

3.1 晶閘管組

晶閘管組由六個晶閘管和七個散熱片組成，用彈簧將固定式晶閘管裝置與張力螺栓壓在一起；這樣晶閘管與壓塊之間的接觸力可達7000牛（+20%／-10%），而與975mm壓塊之間的接觸力可4000牛（+200／4%～10%）。

3.2 緩沖電路（RC電路）

每個晶閘管都有一個由電阻和電容組成的吸收電路，其組成元件能夠保證供電電壓的均勻分配（對于某些串聯式晶閘管）在晶閘管關斷時限制電壓的上升率和超調量。

3.3 晶閘管的觸發板

晶閘管可通過觸發板的光觸發對Al～A6進行間接觸發。

3.4 電抗器

直流回路電抗器用于使進線側變頻器與電機側變頻器隔離并使直流更平滑。當發生故障時，靠它的電感和線路電抗來限制電流的上升率。每一個直流回路電抗器都是由兩個磁耦合繞組所組成。兩個繞組在直流母線上對稱分布，這樣就可使系統分布實現對稱。兩個電抗器的半繞組被分配給兩個直流回路。這樣配置就使其可以減少尺寸和重量并減少銅耗和鐵耗。在1和2串聯時，互相去耦使有其獨特的優點。除減少銅（鋁）和鐵的損耗而外，還可以減少能量損失。

3.5 電流互感器

電流互感器裝在各個系統連接母線輸出相（U和W）。進線側電流可以在直流回路中測量。帶有霍爾發生器的電流互感器的主要特點是其直線性特別高（±0.1%），對外磁場的敏感度特別高并且其精確度可以達到±0.5%（參照IN）。一次電流線路與二次電流線路是分離的，對其電子元件部份可提供24V的穩壓直流電源用電壓互感器進行VM傳感，為了觸發電機側逆變器的可控硅，電機電壓必須在0Hz～100Hz的頻率范圍內進行高精度的比例模擬。串聯電阻與互感器主級相連。電阻的阻值應選擇應于供電電壓相匹配。這樣，二次測額定電流就可以接近20mA，從而可使最高測量精度達到±1%。對電子元件部份也可以提供24V穩壓直流電源。對于12脈沖的變頻器來講，VM只測量系統一的輸出電壓。在V．W和W．U相間進行連接。

3.6 接地漏電檢測

整個電源部分都是沒有接地的，不管何處絕緣出現故障都不會影響電流流向大地，絕緣本身出現故障并不影響運行。但是這種故障會導致其它相的電壓升高。從長遠觀點來看，這種電壓升高會導致絕緣的進一步損壞，從而導致短路。

一般說來，為了避免出現這種危險，當出現絕緣故障時，應立即使驅動系統斷開斷路器。通過星形連接中性點，電阻電壓降與接地電壓降對比的方法在三相（進線側）輸入和三相（電機側）輸出處進行故障檢測。從而就對整個動力線路，包括變壓器二次繞組、電機定子繞組和直流回路進行了檢測和監控。

3.7 風扇

風扇安裝在功率柜柜頂，靠旋轉葉片使空氣流動達到散熱目的。風扇功率大小根據環境溫度，功率柜發熱情況選擇。風扇供電保護由熱負荷開關負責。晶閘管所需的冷卻空氣由裝在風扇經門縫吸入，流經晶閘管的熱量快速向上排出。

風壓開關監視空氣冷卻風量和風扇，工作范圍在100Pa～1000Pa，風壓開關檢測經過功率元件的風量壓力大小，與設定的值比較。變頻器工作如果測量值大于設定值，風壓開關觸點閉合信號傳到控制系統。反之，故障“Fan Off”報出。

4 結語

通過技術人員對精軋機LCI控制系統的深入研究，對整套系統和控制原理有了更透徹的了解，能夠快速解決精軋機大多數傳動故障，不僅確保了精軋機運行的穩定性，還節約了外聘人員的費用。同時，為河鋼承鋼建設熱軋卷板、冷軋板等高智能產線培養了人才和積累了技術。