張曉愛(ài)

摘 要：本文主要介紹了TMEIC系列變頻器在首鋼京唐2250熱軋生產(chǎn)線的應(yīng)用，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際配置進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，主要闡述了整流器及逆變器的工作原理，并針對(duì)幾種常見(jiàn)的故障進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析并提出了解決方向。

關(guān)鍵詞：整流器；逆變器；故障分析

中圖分類號(hào)：TG43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）10-0021-02

首鋼京唐2250熱軋生產(chǎn)線傳動(dòng)設(shè)備主要采用日本TMEIC公司的產(chǎn)品。系統(tǒng)采用矢量控制，高精度的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)態(tài)精度，且運(yùn)行平穩(wěn)、維護(hù)方便，達(dá)到了完美的控制效果。

1 現(xiàn)場(chǎng)傳動(dòng)設(shè)備

TMEIC傳動(dòng)系統(tǒng)大體可分為T(mén)Mdrive_70，TMdrive_50和TMdrive_10系列。其中粗軋機(jī)和精軋機(jī)采用TMdrive_70系列，定寬機(jī)和卷取機(jī)采用TMdrive_50系列，輔傳動(dòng)采用TMdrive_10系列。

1.1 TMdrive-70

TMdrive-70系列，整流器和逆變器均是IEGT為功率元件的3電平IEGT PWM全數(shù)字矢量控制，主回路電源由35kV/3550V的整流變壓器供電，柜內(nèi)采用帶熱交換器的純水裝置進(jìn)行冷卻?，F(xiàn)場(chǎng)TMdrive-70主要有以下幾種配置：第1種配置為單套整流-單或多套逆變器用于同步電機(jī)傳動(dòng)，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路由晶閘管整流裝置供電，同步電機(jī)定子繞組采用單繞組或雙繞組方式。第2種配置為單套整流-逆變器用于異步電機(jī)傳動(dòng)，異步電機(jī)定子繞組一般采用單繞組方式。

1.2 TMdrive-50

TMdrive-50系列，整流器和逆變器均是IGBT為功率元件的3電平IGBT PWM全數(shù)字矢量控制，裝置由35KV/3550V的整流變壓器供電，柜內(nèi)由帶熱交換器的純水裝置進(jìn)行冷卻?，F(xiàn)場(chǎng)TMdrive-50一般配置為：?jiǎn)翁渍?多套逆變器并聯(lián)用于大型異步電機(jī)傳動(dòng)；單套整流-多套逆變器分別驅(qū)動(dòng)多個(gè)小型異步電機(jī)。

1.3 TMdrive-10

TMdrive-10用于輔傳動(dòng)，整流器采用晶閘管或IGBT作為功率元件，逆變器采用2電平IGBT PWM全數(shù)字矢量控制，裝置由35KV/1040V或10KV/400V的整流變壓器供電，采用內(nèi)置的冷卻風(fēng)扇進(jìn)行冷卻?，F(xiàn)場(chǎng)TMdrive-10配置為一套整流器帶多組逆變器，逆變器又分為單個(gè)柜體式和多級(jí)抽屜式兩種。根據(jù)工藝以生產(chǎn)要求，逆變器可單獨(dú)或并聯(lián)使用，驅(qū)動(dòng)一個(gè)或一組電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

2 控制原理

TMEIC系列變頻器控制方式主要是矢量控制，基本思路是模仿直流電機(jī)的控制方法，采用矢量坐標(biāo)變換來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電機(jī)定子勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的解耦控制，保持電機(jī)磁通的恒定，達(dá)到良好的轉(zhuǎn)矩控制性能，實(shí)現(xiàn)高性能控制。

2.1 整流器控制電路原理

如圖1所示。電壓參考信號(hào)V_R和電壓反饋信號(hào)VDC_F，兩者之間的偏差經(jīng)過(guò)比例/積分控制器、限幅和濾波處理后，輸出系統(tǒng)控制電源的電流（IQ_R）。IQ_R在電流控制環(huán)節(jié)中分解為有功電流和無(wú)功電流，在D-Q坐標(biāo)上作為直流量來(lái)處理，實(shí)現(xiàn)高性能控制。IQ控制：有效電流參考值用作IQ參考值，IQ參考值和IQ反饋信號(hào)輸入并經(jīng)過(guò)比例/積分處理輸出EQ參考值。ID控制：電源的無(wú)功電流用作ID參考值，這個(gè)ID參考值和ID反饋信號(hào)輸入經(jīng)過(guò)比例/積分處理輸出ED參考值。

在電壓參考環(huán)節(jié)，還需要確定同步電源回路與主回路的相位差CNV-QO，由EQ_R、ED_R和CNV-QO可計(jì)算出三相電壓參考，作用于脈寬調(diào)制控制電路。PWM控制部分輸出門(mén)極脈沖信號(hào)，這些脈沖信號(hào)加在門(mén)極驅(qū)動(dòng)板上，觸發(fā)IEGT等功率元件導(dǎo)通或關(guān)斷。

2.2 逆變器控制電路原理

如圖2所示。速度編碼器檢測(cè)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度或位置，并將檢測(cè)到的信號(hào)SP_F反饋到速度給定環(huán)節(jié)。速度參考信號(hào)SP_R和反饋信號(hào)SP_F，兩者之間的偏差經(jīng)過(guò)比例/積分控制器、速度濾波和轉(zhuǎn)矩限幅處理后輸出最終的轉(zhuǎn)矩參考信號(hào)T_R，也可分為兩部分。轉(zhuǎn)矩部分IQ控制：轉(zhuǎn)矩參考值作為輸入并除以磁通量來(lái)獲得的一個(gè)IQ參考值，這個(gè)IQ參考值和IQ反饋信號(hào)通過(guò)比例積分輸出，可最終獲得EQ參考值。磁通部分ID控制：通過(guò)速度參考值可獲得磁通量參考值，ID參考值相對(duì)應(yīng)于磁通量，這個(gè)ID參考值和ID反饋信號(hào)通過(guò)比例積分輸出，可最終獲得ED參考值。

電流控制結(jié)果EQ_R、ED_R和磁通位置角作為輸入，可計(jì)算輸出三相電壓參考，作用于脈寬調(diào)制控制電路。PWM 控制部分輸出門(mén)極脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)加在門(mén)極驅(qū)動(dòng)板上，GDM板放大此信號(hào)，促使IEGT等功率元件導(dǎo)通或關(guān)斷。

3 故障及處理

3.1 電流保護(hù)

主要有逆變器輸出過(guò)電流OCA、IEGT誤動(dòng)作導(dǎo)致過(guò)電流OCD、5分鐘和20分鐘過(guò)載檢測(cè)報(bào)警OL5和OL20等。線纜絕緣等級(jí)降低、電機(jī)相間短接或?qū)Φ囟探?，某一時(shí)刻負(fù)載過(guò)大都可能導(dǎo)致此類故障發(fā)生。

3.2 電壓保護(hù)

主要有直流過(guò)電壓OVP、OVN，直流欠電壓UVP、UVN，控制電壓欠電壓UVA等。處理時(shí)可測(cè)量進(jìn)線電壓是否符合要求，也可能由柜內(nèi)電路板損壞造成。

3.3 電機(jī)轉(zhuǎn)速保護(hù)（逆變器設(shè)備）

主要有電機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)預(yù)設(shè)的超速OSS、輸出頻率超過(guò)預(yù)設(shè)的超頻OSS_FO、速度編碼器檢測(cè)錯(cuò)誤SP_ERR等。發(fā)生此類故障時(shí)主要是現(xiàn)場(chǎng)編碼器有問(wèn)題或線路損壞，也不排除柜內(nèi)電路板或排線損壞的原因。

3.4 控制電路和電源檢測(cè)錯(cuò)誤

主要有同步電源丟失檢測(cè)故障PLLPSF、相位熔斷器熔斷F_P和F_N、輸出電流接觸器打開(kāi)故障ACSW、傳輸錯(cuò)誤TL_F1～TL_F4等。供電電源幅值或相位不正常、瞬間電流電壓過(guò)大燒毀擊穿二極管或功率元件、接觸器線路異常、通訊板卡損壞或掉電、傳輸光纖折斷或污損等情況都有可能導(dǎo)致這些故障發(fā)生。

4 結(jié)語(yǔ)

在熱軋生產(chǎn)線中，TMEIC變頻器的高穩(wěn)態(tài)精度、快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)、低故障率、低維護(hù)成本等，使得TMEIC在鋼軋技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]IEGT Inverter， IEGT Converter，TMdrive-70， TMdrive-P70，Instruction Manual. 2008.06.