轧钢主机传动与管控方式探析

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本文作者：李深、张有琳、焦晓东、梁玉萍 单位：山东莱钢集团型钢厂

轧钢主机传动方案

随着社会经济的迅速发展，传统的轧机工艺已经无法满足需求。为从根本上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，轧钢主机的传动方案也在很大程度上发生了改变。在其控制的过程中，主要包括以下几种方案：

交—交变频方案。交—交变频方案在使用的过程中，能够满足低速大功率电机驱动的低速轧机，其在运行时，一般与同步机配合使用，在允许的状况下，也可以配用异步机。针对直接变频的可控硅并联变流结构，电机可以采用无环流输入方式来推动整个运行活动，通过设备的内在结构，对交流电压进行控制，且在运行的过程中，配置相应的无功补偿措施，确保轧钢主机的顺利运行。与上述运行原理不同的是，无环流方式基于自身功率低，在运行的过程中不需要配置相应的无功补偿装置。操作人员在有环流方式操作中，一般将其无功空置率的功率因数设置为接近1。交—交变频方案的优点在于控制范围广，设备运行快，且能够按照一定的操作控制设备运行速度。其缺点主要包括以下几个方面：1）对滤波装置及无功补偿装置等提出了相应要求。2）在使用多绕组整流变压器结构的过程中，基于变压器的容量较大，对电缆工程提出了更高的要求，这在很大程度上增加了轧机运行的成本。3）基于主回路附属设备繁多的缘故，用地面积大。

交—直—交三电平PWM变频方案。在交—直—交三电平PWM变频方案中，其运行的整体核心在于可关断电力电子器件，整流器与逆变器的结构如出一辙，其主回路结构比较简单。在三电平PWM变频方案使用的过程中，使用的规格一般按照元件的使用状况进行确定，在允许的状况下，操作人员可以适当降低PWM的载波频率，以降低整个开关的损耗。该方案基于自身的优势，不存在谐波影响，其原因在于交—直—交三电平PWM变频方案使用的变压器为高阻抗输入变压器，这种变压器能够将无功控制的使用功率因素控制为1左右。与此同时，在该方案的容量配置中，4MW以上的电机一般采用超大功率GTO或GCT原件。基于其输入变压器的特殊性，该方案在国内很少使用。且在其使用的过程中，由于自身内部结构的复杂性，设备维护与更换都存在很大难度。

变频传动系统的控制技术

在变频调控传动技术运行的过程中，能否对整个系统进行科学有效的控制，将直接关系着轧钢主机的实际运行状况。变频传动系统的控制技术主要包括以下几个方面：

在变频调度交流电动机使用的过程中，操作人员应严格按照《使用说明》对其进行独立控制，确保将矢量控制的优势充分发挥出来。矢量控制的基本思想在于通过交流电动机的数学模型、求解变量与参数之间的关系，将整个设备运行中产生的变量作为矢量进行控制，以此来对整个力矩进行控制。另外，在矢量控制输出后，仍须将其电流控制为闭环模式，确保设备的正常运行；在对整个速度闭环控制中，需要操作人员通过磁通进行控制。当前，矢量控制基于操作简单、运行方便等特点，被广泛运用到主轧机传动中。

作为一种新型的变频调控方式，它直接在定子的空间坐标系中分析电动机的数字模型，直接控制定子磁链的辐值及该矢量相对于转子磁链的夹角，达到控制转矩的目的。传统的操作控制方式已经无法满足轧钢主机的运行需要。二点式控制方式则能通过自身的优势，能将产生的转矩波动控制在一定范围内。直接力矩控制除了保障运行质量外，还能带来一定的经济效益，由此受到人们的欢迎。（

对上述2种变频方案系统特性控制技术的改善，需要操作人员结合各自的特点及运行环境有针对性地进行。交—交变频一般采用环流控制的改善模式，通过这一途径来提高功率的因素。与交—交变频不同的是，交—直—交三电平PWM变频控制在改善同时，除了整流器输入交流电外，还需整流器中的矢量控制，将整个无功流量的分量控制为零，以此来确保整个系统的顺利运行。

轧机的变频主电机的特点

在轧钢主机运行过程中，轧机变频调速有着极其重要的作用。针对轧钢主机变频过程中主电机的日常运行，其电机容量中的同步机比异步机要小，除此之外，同步机的整个体积及重量都占据着一定的优势。其次，在轧机变频主电机运行的过程中，其同步机一般以整体的形式进行运行，其定子多数呈现出分瓣的结构，刚性也会在原有的基础上有所降低，且在运行时，仍需工作人员在工作现场安装相应的绕组重接与绝缘处理。同步机的转子在运行的过程中，一旦接触到电磁，其电刚的材质寿命都会在很大程度上发生变化，而这些，都需要操作人员引以重视。最后，同步机在进行变频工作时，除了要考虑同步机的实际容量外，还需要结合着设备的实际机械强度，以便在运行的过程中保障系统的稳定性。在整个适量控制中，基于同步机与异步机的工作机理及数学模型不同，矢量控制的运算和结构也不大相同。由此就需要操作人员在使用适量控制时，能够结合着同步机与异步机的实际运行状况，有针对性地对其进行控制。

结语

轧钢主机变频调速传动技术的应用，在提高轧钢主机工作效率的同时，还提高了轧钢质量。因此，需要相关人员能够加快轧钢主机变频调速传动技术的研究，以期发挥其优势，进一步推动我国社会经济的发展。