軋鋼主機(jī)傳動與管控方式探析
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本文作者：李深、張有琳、焦曉東、梁玉萍 單位：山東萊鋼集團(tuán)型鋼廠
隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的軋機(jī)工藝已經(jīng)無法滿足需求。為從根本上適應(yīng)各類軋機(jī)的工藝運(yùn)行、電機(jī)容量配置及控制特性的要求，軋鋼主機(jī)的傳動方案也在很大程度上發(fā)生了改變。在其控制的過程中，主要包括以下幾種方案：
交—交變頻方案。交—交變頻方案在使用的過程中，能夠滿足低速大功率電機(jī)驅(qū)動的低速軋機(jī)，其在運(yùn)行時，一般與同步機(jī)配合使用，在允許的狀況下，也可以配用異步機(jī)。針對直接變頻的可控硅并聯(lián)變流結(jié)構(gòu)，電機(jī)可以采用無環(huán)流輸入方式來推動整個運(yùn)行活動，通過設(shè)備的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，對交流電壓進(jìn)行控制，且在運(yùn)行的過程中，配置相應(yīng)的無功補(bǔ)償措施，確保軋鋼主機(jī)的順利運(yùn)行。與上述運(yùn)行原理不同的是，無環(huán)流方式基于自身功率低，在運(yùn)行的過程中不需要配置相應(yīng)的無功補(bǔ)償裝置。操作人員在有環(huán)流方式操作中，一般將其無功空置率的功率因數(shù)設(shè)置為接近1。交—交變頻方案的優(yōu)點(diǎn)在于控制范圍廣，設(shè)備運(yùn)行快，且能夠按照一定的操作控制設(shè)備運(yùn)行速度。其缺點(diǎn)主要包括以下幾個方面：1）對濾波裝置及無功補(bǔ)償裝置等提出了相應(yīng)要求。2）在使用多繞組整流變壓器結(jié)構(gòu)的過程中，基于變壓器的容量較大，對電纜工程提出了更高的要求，這在很大程度上增加了軋機(jī)運(yùn)行的成本。3）基于主回路附屬設(shè)備繁多的緣故，用地面積大。
交—直—交三電平PWM變頻方案。在交—直—交三電平PWM變頻方案中，其運(yùn)行的整體核心在于可關(guān)斷電力電子器件，整流器與逆變器的結(jié)構(gòu)如出一轍，其主回路結(jié)構(gòu)比較簡單。在三電平PWM變頻方案使用的過程中，使用的規(guī)格一般按照元件的使用狀況進(jìn)行確定，在允許的狀況下，操作人員可以適當(dāng)降低PWM的載波頻率，以降低整個開關(guān)的損耗。該方案基于自身的優(yōu)勢，不存在諧波影響，其原因在于交—直—交三電平PWM變頻方案使用的變壓器為高阻抗輸入變壓器，這種變壓器能夠?qū)o功控制的使用功率因素控制為1左右。與此同時，在該方案的容量配置中，4MW以上的電機(jī)一般采用超大功率GTO或GCT原件。基于其輸入變壓器的特殊性，該方案在國內(nèi)很少使用。且在其使用的過程中，由于自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，設(shè)備維護(hù)與更換都存在很大難度。
變頻傳動系統(tǒng)的控制技術(shù)
在變頻調(diào)控傳動技術(shù)運(yùn)行的過程中，能否對整個系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)有效的控制，將直接關(guān)系著軋鋼主機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀況。變頻傳動系統(tǒng)的控制技術(shù)主要包括以下幾個方面：
在變頻調(diào)度交流電動機(jī)使用的過程中，操作人員應(yīng)嚴(yán)格按照《使用說明》對其進(jìn)行獨(dú)立控制，確保將矢量控制的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。矢量控制的基本思想在于通過交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型、求解變量與參數(shù)之間的關(guān)系，將整個設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生的變量作為矢量進(jìn)行控制，以此來對整個力矩進(jìn)行控制。另外，在矢量控制輸出后，仍須將其電流控制為閉環(huán)模式，確保設(shè)備的正常運(yùn)行；在對整個速度閉環(huán)控制中，需要操作人員通過磁通進(jìn)行控制。當(dāng)前，矢量控制基于操作簡單、運(yùn)行方便等特點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用到主軋機(jī)傳動中。
作為一種新型的變頻調(diào)控方式，它直接在定子的空間坐標(biāo)系中分析電動機(jī)的數(shù)字模型，直接控制定子磁鏈的輻值及該矢量相對于轉(zhuǎn)子磁鏈的夾角，達(dá)到控制轉(zhuǎn)矩的目的。傳統(tǒng)的操作控制方式已經(jīng)無法滿足軋鋼主機(jī)的運(yùn)行需要。二點(diǎn)式控制方式則能通過自身的優(yōu)勢，能將產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩波動控制在一定范圍內(nèi)。直接力矩控制除了保障運(yùn)行質(zhì)量外，還能帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益，由此受到人們的歡迎。（
對上述2種變頻方案系統(tǒng)特性控制技術(shù)的改善，需要操作人員結(jié)合各自的特點(diǎn)及運(yùn)行環(huán)境有針對性地進(jìn)行。交—交變頻一般采用環(huán)流控制的改善模式，通過這一途徑來提高功率的因素。與交—交變頻不同的是，交—直—交三電平PWM變頻控制在改善同時，除了整流器輸入交流電外，還需整流器中的矢量控制，將整個無功流量的分量控制為零，以此來確保整個系統(tǒng)的順利運(yùn)行。
軋機(jī)的變頻主電機(jī)的特點(diǎn)
在軋鋼主機(jī)運(yùn)行過程中，軋機(jī)變頻調(diào)速有著極其重要的作用。針對軋鋼主機(jī)變頻過程中主電機(jī)的日常運(yùn)行，其電機(jī)容量中的同步機(jī)比異步機(jī)要小，除此之外，同步機(jī)的整個體積及重量都占據(jù)著一定的優(yōu)勢。其次，在軋機(jī)變頻主電機(jī)運(yùn)行的過程中，其同步機(jī)一般以整體的形式進(jìn)行運(yùn)行，其定子多數(shù)呈現(xiàn)出分瓣的結(jié)構(gòu)，剛性也會在原有的基礎(chǔ)上有所降低，且在運(yùn)行時，仍需工作人員在工作現(xiàn)場安裝相應(yīng)的繞組重接與絕緣處理。同步機(jī)的轉(zhuǎn)子在運(yùn)行的過程中，一旦接觸到電磁，其電剛的材質(zhì)壽命都會在很大程度上發(fā)生變化，而這些，都需要操作人員引以重視。最后，同步機(jī)在進(jìn)行變頻工作時，除了要考慮同步機(jī)的實(shí)際容量外，還需要結(jié)合著設(shè)備的實(shí)際機(jī)械強(qiáng)度，以便在運(yùn)行的過程中保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在整個適量控制中，基于同步機(jī)與異步機(jī)的工作機(jī)理及數(shù)學(xué)模型不同，矢量控制的運(yùn)算和結(jié)構(gòu)也不大相同。由此就需要操作人員在使用適量控制時，能夠結(jié)合著同步機(jī)與異步機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀況，有針對性地對其進(jìn)行控制。
結(jié)語
軋鋼主機(jī)變頻調(diào)速傳動技術(shù)的應(yīng)用，在提高軋鋼主機(jī)工作效率的同時，還提高了軋鋼質(zhì)量。因此，需要相關(guān)人員能夠加快軋鋼主機(jī)變頻調(diào)速傳動技術(shù)的研究，以期發(fā)揮其優(yōu)勢，進(jìn)一步推動我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
