吳 振

（河鋼股份有限公司承德分公司 河北省釩鈦工程技術(shù)研究中心，河北 承德 067000）

1 精軋機LCI系統(tǒng)介紹

SIMOVERT S變頻器又名LCI系統(tǒng)為Load Commutate Inverter的英文縮寫，即負荷換相變頻器。是交直交電流型變頻器，中間直流回路儲能元件為電抗器。SIMOVERT S變頻器是一種電流源交直交變頻器，用于連續(xù)的調(diào)節(jié)速度或同步電機的軟起動。典型的應用為：電機速度可達到6000rpm，作為軟起動器速度可到同步速度。SIMOVERT S變頻器電機的調(diào)速范圍可為1：10～1：100，根據(jù)需要用戶可選擇功率部分風冷或水冷方式，水冷時最高功率可達到70MW。SIMOVERT S變頻器由于簡單的布局使得可控硅較少，維護方便，性能高效可靠。SIMOVERT S變頻器的特性使得在工業(yè)中用于連續(xù)調(diào)速，比較適合在鋼鐵行業(yè)軋線大功率電機拖動中，要求較高的場合中應用。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個SIMOVERT S控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有：①驅(qū)動系統(tǒng)；②SIMOVERT S 6SB20變頻器；③電機；④進線整流變壓器；⑤進線斷路器。

2.1 驅(qū)動系統(tǒng)

驅(qū)動系統(tǒng)由以下組件構(gòu)成：SIMOVERT S 6SB20變頻器；同步電機；變頻器整流變壓器；主回路高壓斷路器。

2.2 SIMOVERTS 6SB20變頻器

在12脈動功率柜中有2個進線整流柜，2個中間直流回路電抗器，2出線逆變柜勵磁部分。勵磁柜由DC MASTER直流調(diào)速器組成的直流勵磁。開環(huán)和閉環(huán)控制。開環(huán)和閉環(huán)控制根據(jù)功能可分為：跟傳動有關的開環(huán)和閉環(huán)控制；面向系統(tǒng)的開環(huán)控制。跟傳動有關的開環(huán)和閉環(huán)控制包括以下功能：①速度控制；②電流控制；③給定發(fā)生器；④可控硅監(jiān)視；⑤跟變頻器有關的組件控制和監(jiān)視，例如主回路高壓開關，勵磁系統(tǒng)。面向系統(tǒng)的控制能夠參數(shù)化的監(jiān)視功能有：進線變壓器；出線變壓器（可選）；同步電機。還有一些可選的功能通過以下方式實現(xiàn)：PROFIBUS；個別的開關量和模擬量端子控制信號。

2.3 電機

電機可以運行同步電機帶無刷勵磁；同步電機帶直流勵磁；在無編碼器方式或低速時有編碼器方式運行；在高線精軋機控制中，用有編碼器，直流勵磁同步電機。由于電機是傳動控制系統(tǒng)的一部分，所以電機保護監(jiān)視可以在變頻器系統(tǒng)控制中實現(xiàn)。電機保護監(jiān)視包括以下功能：①電機定子繞組溫度監(jiān)視；②電機軸瓦溫度監(jiān)視；③電機軸瓦油壓監(jiān)視；④電機進出口空氣溫度監(jiān)視5、電機冷卻水漏水監(jiān)視。

2.4 進線整流變壓器

進線整流變壓器電氣設計選型根據(jù)要求得出結(jié)論：額定功率；過載能力；由于變頻器的無熔斷器設計，必須考慮故障時短路電流限制加整流變壓器的目的；提供適合變頻器電壓要求的電源；跟電源與變壓器的電氣隔離；進線變壓器必須適合進線整流橋要求的電抗。12脈波驅(qū)動系統(tǒng)要求變壓器副邊為雙繞組，兩個繞組相位互差300。根據(jù)需要，還要為勵磁回路提供勵磁變壓器和進線電抗器。

2.5 進線斷路器

進線斷路器通常要選中壓級別的，接在進線變壓器原邊。進線斷路器不能直接給變頻器供電，進線斷路器受變頻器控制和監(jiān)視。

3 功率部分

為了適應大功率電機運轉(zhuǎn)電流較大的需要，我們選用進口先進功率可控元件，并分別用于進線整流器和電機側(cè)逆變器，但又因其在工作過程中并不完全一樣，因此，這些大功率元件在選用時考慮到過電壓抑制、接地檢測、直流回路電抗器等問題，其組件結(jié)構(gòu)如圖所示。

圖1 進線斷路器組件結(jié)構(gòu)

3.1 晶閘管組

晶閘管組由六個晶閘管和七個散熱片組成，用彈簧將固定式晶閘管裝置與張力螺栓壓在一起；這樣晶閘管與壓塊之間的接觸力可達7000牛（+20%／-10%），而與975mm壓塊之間的接觸力可4000牛（+200／4%～10%）。

3.2 緩沖電路（RC電路）

每個晶閘管都有一個由電阻和電容組成的吸收電路，其組成元件能夠保證供電電壓的均勻分配（對于某些串聯(lián)式晶閘管）在晶閘管關斷時限制電壓的上升率和超調(diào)量。

3.3 晶閘管的觸發(fā)板

晶閘管可通過觸發(fā)板的光觸發(fā)對Al～A6進行間接觸發(fā)。

3.4 電抗器

直流回路電抗器用于使進線側(cè)變頻器與電機側(cè)變頻器隔離并使直流更平滑。當發(fā)生故障時，靠它的電感和線路電抗來限制電流的上升率。每一個直流回路電抗器都是由兩個磁耦合繞組所組成。兩個繞組在直流母線上對稱分布，這樣就可使系統(tǒng)分布實現(xiàn)對稱。兩個電抗器的半繞組被分配給兩個直流回路。這樣配置就使其可以減少尺寸和重量并減少銅耗和鐵耗。在1和2串聯(lián)時，互相去耦使有其獨特的優(yōu)點。除減少銅（鋁）和鐵的損耗而外，還可以減少能量損失。

3.5 電流互感器

電流互感器裝在各個系統(tǒng)連接母線輸出相（U和W）。進線側(cè)電流可以在直流回路中測量。帶有霍爾發(fā)生器的電流互感器的主要特點是其直線性特別高（±0.1%），對外磁場的敏感度特別高并且其精確度可以達到±0.5%（參照IN）。一次電流線路與二次電流線路是分離的，對其電子元件部份可提供24V的穩(wěn)壓直流電源用電壓互感器進行VM傳感，為了觸發(fā)電機側(cè)逆變器的可控硅，電機電壓必須在0Hz～100Hz的頻率范圍內(nèi)進行高精度的比例模擬。串聯(lián)電阻與互感器主級相連。電阻的阻值應選擇應于供電電壓相匹配。這樣，二次測額定電流就可以接近20mA，從而可使最高測量精度達到±1%。對電子元件部份也可以提供24V穩(wěn)壓直流電源。對于12脈沖的變頻器來講，VM只測量系統(tǒng)一的輸出電壓。在V．W和W．U相間進行連接。

3.6 接地漏電檢測

整個電源部分都是沒有接地的，不管何處絕緣出現(xiàn)故障都不會影響電流流向大地，絕緣本身出現(xiàn)故障并不影響運行。但是這種故障會導致其它相的電壓升高。從長遠觀點來看，這種電壓升高會導致絕緣的進一步損壞，從而導致短路。

一般說來，為了避免出現(xiàn)這種危險，當出現(xiàn)絕緣故障時，應立即使驅(qū)動系統(tǒng)斷開斷路器。通過星形連接中性點，電阻電壓降與接地電壓降對比的方法在三相（進線側(cè)）輸入和三相（電機側(cè)）輸出處進行故障檢測。從而就對整個動力線路，包括變壓器二次繞組、電機定子繞組和直流回路進行了檢測和監(jiān)控。

3.7 風扇

風扇安裝在功率柜柜頂，靠旋轉(zhuǎn)葉片使空氣流動達到散熱目的。風扇功率大小根據(jù)環(huán)境溫度，功率柜發(fā)熱情況選擇。風扇供電保護由熱負荷開關負責。晶閘管所需的冷卻空氣由裝在風扇經(jīng)門縫吸入，流經(jīng)晶閘管的熱量快速向上排出。

風壓開關監(jiān)視空氣冷卻風量和風扇，工作范圍在100Pa～1000Pa，風壓開關檢測經(jīng)過功率元件的風量壓力大小，與設定的值比較。變頻器工作如果測量值大于設定值，風壓開關觸點閉合信號傳到控制系統(tǒng)。反之，故障“Fan Off”報出。

4 結(jié)語

通過技術(shù)人員對精軋機LCI控制系統(tǒng)的深入研究，對整套系統(tǒng)和控制原理有了更透徹的了解，能夠快速解決精軋機大多數(shù)傳動故障，不僅確保了精軋機運行的穩(wěn)定性，還節(jié)約了外聘人員的費用。同時，為河鋼承鋼建設熱軋卷板、冷軋板等高智能產(chǎn)線培養(yǎng)了人才和積累了技術(shù)。