变频调速技术在二辊轧机压下系统中的应用

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1、轧钢主机变频调速传动技术综述摘要：本文对现代化轧钢主机交流变频传动的最新技术进展作综述介绍，涉及轧机特点分类、电气传动方案的比较、电力电子器件的进展、控制方案的比较、变频主机电机有关问题以及变频调速系统实际应用等。谨为钢铁行业的建设改造工程项目的实施提供借鉴参考。关键词：交-交变频交-直-交三电平PWM变频GTOGCT矢量控制主电机1轧钢主机按运行特点的分类现代轧钢都具备大型化、高速化、连续化、自动化的特点。近年来随着新型电力电子器件的开发应用，变频技术的成熟完善，数字化技术的新颖先进化，轧钢主机的变频传动控制装备的技术进展呈现一派崭新的景象。我国钢铁待业大规模设备改造与技术振兴面临

2、着令人向往的乐观形势。按生产工艺的装备要求及运行特点，轧钢主机归类如表1。表1运行分类低速可逆中高速不可逆中高速可逆轧机型式*开坯初轧机*板坯粗轧机*中厚板轧机*带钢热连轧精轧机*带钢冷连轧机*线材高速连轧精轧机*钢管热连轧机*型钢热连轧机*单机架可逆冷轧机*森吉米尔轧机电机功率范围（KW）3000～100002000～100001000～5000500～50001000～5000转速范围（r/min）0～1200～1200～10000～15000～1800控制要求*调速范围广*频繁起制动正反转*动态响应快*调速范围广*控制精度高*负载扰动动态响应快*调速范围广*负载扰动动态响应快2

3、轧钢主机电气传动方案的比较为适应各类轧机的工艺运行、电机容量配置及控制特性的要求，电气传动方案随着技术的发展在演变。可控硅直流传动技术成熟，性能良好，但直流电机的制造维修麻烦及电源谐波问题即将使它退出历史舞台；采用可硅负载换流、同步电动机位置检测的自控电流型逆变的无换向电动机一度用于轧钢主传动，系统简单，但由于转矩脉动问题、谐波问题，主轧机应用已不是主流，仅高速线材轧机应用有所报道。目前基本上存在二种电气传动控制方案，实用成熟，技术性能优良，在应用市场中竞争较量：即采用可控硅的交-交变频方案与采用大功率可关断器件的交-直-交三电平PWM变频方案。2.1交-交变频方案最适宜应用于低速（

4、低频）大功率电机驱动的低速轧机，一般配用同步机，亦可配用异步机。直接变频的可控硅反并联交流结构有采用无环流方式（输出频率最大可为1/2电源频率），采用有环流方式（输出频率最大可达4/5电源频率）。据电机容量大小，降低电源谐波的需要，可采用72臂或36臂的可控硅桥组的组合结构无环流方式功率因数较低（0.65），必须配置庞大的无功补偿装置，有环流方式用可控环流进行无功控制使功率因数接近为1。交-交变频的不足之处在于不可避免地采用专用的谐波滤波装置与无功补偿装置，在于多绕组的整流变压器结构复杂，容量配置大，电缆施工最大，在于主回路附属设备（平波电抗器、快速开关）繁多，设备占地面积相对较大。

5、2.2交-直-交三电平PWM变频方案采用可关断电力电子器件（GTO、或IGCT、或HVIGBT）构成交-直-交电压相同，主回路结构简练；三电平PWM可充分利用元件的容量规格，可降低PWM载波频率（一般可为1kHz），减少开关损耗，不存在谐波问题；采用高阻抗（20%）输入变压器，通过整流器的无功控制使功率因数可为1；整个系统不必设置庞大的无功补偿与谐波滤波的专用装置。容量的配置：4000KW以上电机采用超大功率的GTO或GCT元件（6KV/6VA）；7000KW以上电机采用双重化系统：4000KW以下电机可采用4KV/4.5KA的GTO或GCT元件、或HV-IGBT元件。交-直-交三电

6、平PWM变频方案的输入变压器的设计制造有其特殊性，国内供货未见报道。变频装置的内部结构紧凑但十分复杂，用户的维护及备件更换难度甚高。2.3电气传动方案的技术与经济的综合比较见表2。表2轧钢主机电气传动方案比较1分类交流变频调速直流调速交-交变频（有环流）无换向电动机GTO-PWM电压型变频2路线结构3换流主元件晶闸管72臂晶闸管24臂GTO12*2臂晶闸管24臂4适用电机容量SM或1M10000KW（以上）SM10000KW（以上）SM或1M10000KW（以上）DCM6000KW电压AC3.3KVAC3.3KVAC3.3KVDC1200V转速最大1500r/min最大1500r/m

7、in（3000）最大1500r/min最大60，900r/min5控制方式矢量控制全数字化控制ACR+ASR全数字化控制3电平PWM矢量控制高COSф控制全数字化控制ACR+ASR全数字化控制6控制特性变频1/3（或80%）工频以下60Hz（80Hz）以下60Hz以下调速0～100%（弱磁1：3以上）3～100%（弱磁1：3）0～100%（弱磁1：3）0～100%（弱磁1：3）速度精度±0.01%±0.01%±0.01%±0.01%速度响应60rad/S3