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        變頻器在冶金軋制行業(yè)中的應(yīng)用研究

        2019-02-10 15:38:47
        世界有色金屬 2019年12期
        關(guān)鍵詞:大功率軋機變頻

        劉 東

        (中冶京誠工程技術(shù)有限公司,北京 100176)

        隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,金屬軋制行業(yè)也不斷加快了建設(shè)速度,尤其是在軋制速度方面,當(dāng)前國內(nèi)實施線材生產(chǎn)的工廠已經(jīng)達到了77條生產(chǎn)線。通過長時間的發(fā)展,金屬軋制的產(chǎn)量已經(jīng)比過去增長了100多倍。在實際軋制的過程中變頻器發(fā)揮著重要的作用,為了推進生產(chǎn)質(zhì)量與效率的提高,有必要結(jié)合變頻器在金屬軋制的過程實施分析。

        1 大功率、大中功率和中小功率變頻器在金屬軋制中的應(yīng)用

        1.1 大功率變頻器在高速軋制中的應(yīng)用

        大功率變頻器比較常用于金屬冶煉大型軋機主傳動之中,大功率變頻器的功率能夠達到3兆瓦~10兆瓦以上。這種類型的變頻器相比于原來傳統(tǒng)的直流調(diào)速裝置,盡管交流變頻器在成本方面有所增加,但是卻能夠在電機采購與維護方面的成本節(jié)約中獲得到相應(yīng)的補償,由此可見,不管是在技術(shù)方面還是經(jīng)濟方面,采用交流調(diào)速的方式都具有較高的合理性。大型軋機主傳動對于變頻器的要求不僅對功率的要求較大,對于其他方面也有一定的要求,比如在過載能力方面的要求較強,一般需要滿足2倍~2.5倍;在正反轉(zhuǎn)方面要求能夠快速實現(xiàn),一般用于可逆軋機類主傳動之中;在靜態(tài)轉(zhuǎn)速方面需要具備較高的靜度、在動態(tài)沖擊速方面需要降小、恢復(fù)速度快以及在加減速的時候其跟蹤性能極為良好,一般在連軋機類主傳動中極為顯著。大型軋機主傳動通常采用的大功率變頻器有兩種類型,一種是建立在晶閘管移相控的技術(shù)基礎(chǔ)上的交~交變頻器,另一種為建立在高壓大容量自關(guān)斷器件PWM控制的技術(shù)基礎(chǔ)下的三電平交~直~交變頻器。

        1.2 大中功率變頻器在金屬軋制中的應(yīng)用

        大中功率通常所指的電機功率范圍在800千瓦~2000千瓦之間的傳動,通過對過載需求的全面考慮之后,其最大的容量可以達到2000kVA~4000kVA之間,其中主要采用的機械設(shè)備有立輥主傳動、寬板卷取機、飛剪以及窄帶機型材連車比傳動等等。這種功率范圍的變頻器在變頻調(diào)速中是一項軟肋,在進行變頻裝置選擇的時候是比較難的,比如交-交變頻的容量比較小,涉及到的相關(guān)設(shè)備比較多,經(jīng)濟方面存在不合算等問題,都會給變頻裝置選擇的時候造成影響。當(dāng)前階段的這個功率段所使用的變頻方案為690V逆變柜并聯(lián),其為2套~4套功率為1兆瓦左右的方案。

        1.3 中小功率變頻器主電路在金屬軋制中的應(yīng)用

        中小功率變頻器所指的電機功率范圍在800千瓦以下的傳動,通常一臺電機采用的逆變柜供電數(shù)量為1個,其中主要采用的機械設(shè)備包括主軋線中的輔傳動、加工線中包含的所有傳動。我國當(dāng)前階段的生產(chǎn)水平已經(jīng)能夠達到大量生產(chǎn)中小功率變頻器的實力,但是,要想實現(xiàn)軋制傳動的要求還需要繼續(xù)加強研究力度,這種表現(xiàn)主要體現(xiàn)在以下幾點:①國產(chǎn)變頻器中的中小功率變頻器在功率的范圍一般為300千瓦以下,通常電壓為380V,而軋機傳動對于單柜功率的要求其需要達到1000千瓦~1500千瓦之間,其電壓需要能夠增加至690V品種才能夠獲得滿足。②每一條生產(chǎn)線都需要大量變頻調(diào)速設(shè)備作為支持,并采用公共直流母線作為供電方式,而當(dāng)前國產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)單獨逆變器與整流器產(chǎn)品的生產(chǎn),并且將整流器的功率逐漸做大,但是在一個整流器帶多臺逆變器的要求方面依然存在著一定的缺陷。

        2 國產(chǎn)變頻器在金屬軋制應(yīng)用中的控制系統(tǒng)

        2.1 基礎(chǔ)調(diào)速控制系統(tǒng)

        國產(chǎn)變頻器的控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用中,對于基礎(chǔ)調(diào)速控制系統(tǒng)的要求是較為嚴格的,主要體現(xiàn)在以下幾點:①變頻器的基礎(chǔ)調(diào)速控制系統(tǒng)主要包括兩種類型的系統(tǒng),分別為開環(huán)V/F控制系統(tǒng)、高性能矢量控制系統(tǒng)兩種類型的系統(tǒng)。②高性能矢量控制系統(tǒng),需要能夠通過軟件設(shè)置中所選擇的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩雙環(huán)或者轉(zhuǎn)矩環(huán)單環(huán)兩種工作模式,轉(zhuǎn)矩環(huán)的單環(huán)工作時對轉(zhuǎn)矩實施設(shè)定的時候,需要通過對轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的限幅值、專用輸入口輸入來實施改變,以此來使主控制、從控制以及張力控制等方面的要求獲得滿足。

        2.2 變頻器輔傳動中常見的控制系統(tǒng)

        變頻器的輔傳動工藝在控制類型方面是較多的,其中較為常見且典型的控制系統(tǒng)有以下幾點:①壓下位置的控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)在使用的時候,能夠在最短的時間之內(nèi)將被控壓下的螺絲進行移動,使其能夠移動至所設(shè)定的位置,所以該控制系統(tǒng)具備位置檢測信號、位置偏差計算最佳轉(zhuǎn)速給定信號等,通過這些信號使其能夠傳送至相應(yīng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器制定位置,并且當(dāng)位置偏差比規(guī)定值小的時候?qū)⑵淙∠?。②卷?開卷傳動間接張力控制系統(tǒng)。這個控制系統(tǒng)在實施卷取/開卷的過程中需要能夠始終維持張力的恒定性,在這個過程中不會受到各種變化因素的影響,比如帶材線速度、卷徑等方面的變化因素,所以在實施卷取/開卷的過程中需要先對卷徑實施計算,然后再結(jié)合張力設(shè)定與卷徑來進行轉(zhuǎn)矩給定的計算,并將相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳送到相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩控制環(huán),此外還需要具備動態(tài)、空載以及帶材彎曲等轉(zhuǎn)矩的補償功能,在實施調(diào)速的過程中涉及到多方面,比如升壓調(diào)速、弱磁調(diào)速等。③變頻器的起停飛剪控制系統(tǒng)。在實施控制的過程中,需要保證金屬軋件在移動的時候,能夠達到軋件行程的計算給定位置,當(dāng)實現(xiàn)這一要求的時候,飛剪要快速的被起動。④變頻器中有機械聯(lián)系的多電機主從控制系統(tǒng)。由于變頻器之中的多臺電機之間存在有機械聯(lián)系,所以主調(diào)速系統(tǒng)只能有一套,而其它則是從電機跟隨主電機進行相應(yīng)的運轉(zhuǎn)。其中主系統(tǒng)包括速度控制系統(tǒng)(既雙環(huán)系統(tǒng))與張力系繃雙環(huán)系統(tǒng)這兩種類型。從控制系統(tǒng)在其中需要完成的控制任務(wù)主要是負荷均衡,按照機械聯(lián)系的緊密程度不同,從控制系統(tǒng)又可以分為三種類型:①剛性聯(lián)系。電機之間的連接是通過短粗的軸來實現(xiàn)相連的,所以適宜采用轉(zhuǎn)矩環(huán)均衡控制系統(tǒng)來實施(既為TLBS),該從控制系統(tǒng)中只有轉(zhuǎn)矩環(huán),沒有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器,其中所需的轉(zhuǎn)矩給定是通過主系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的有效輸出來實現(xiàn)的。②彈性聯(lián)系。電機之間的連接是通過細長的軸來實現(xiàn)相連的,所以適宜采用轉(zhuǎn)速環(huán)均衡控制系統(tǒng)(既為SLBS)。③S輥類聯(lián)系。系統(tǒng)中的S輥通常由2個~3個輥組合而成,均被電機來實施驅(qū)動,各個輥之間沒有相應(yīng)的機械軸連接。

        3 結(jié)語

        綜上所述,我國當(dāng)先工業(yè)化生產(chǎn)已經(jīng)逐步實現(xiàn)完善,尤其冶金行業(yè)的發(fā)展在極大程度上推進了各個行業(yè)的進步,在一定程度上加快了各類基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)步伐,而在各種基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的過程中金屬是重要的施工材料,為金屬制品行業(yè)的發(fā)展提供了更加廣闊的市場。

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