理论教育 恒张力恒线速控制:钢铁轧线中的逆变单元应用方案

恒张力恒线速控制:钢铁轧线中的逆变单元应用方案

时间:2023-05-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:逆变单元的功率器件采用IGBT,且采用两电平PWM调制方式。对于不频繁起制动的系统,可不用制动单元。在轧线卷取区域对2#卷取机控制系统利用6SE7042-3WN602300kW型号变频器,并配以专用带卷绕软件的T400工艺板来控制1台900kW三相异步电动机,实现了对带钢卷取的恒张力、恒线速度控制,并保证了带钢的良好卷形,该控制方式先进科学,应用效果明显。

恒张力恒线速控制:钢铁轧线中的逆变单元应用方案

主轧线使用的68套西门子6SE70系列变频装置其系统主要有以下几部分组成:

(1)进线变压器 进线变压器的作用是:把进线电压转换为整流单元所需要的电压,再通过一定的短路阻抗保护整流单元的二极管元件,以及限制电源谐波变频器的干扰及变频器侧谐波对电网的干扰。在电网电压与变频器所需电压接近的情况下,进线变压器可用进线电抗器替代。

(2)整流单元 对于带回馈功能的整流单元需要采用晶闸管元件组成可控整流电路,以便在回馈单元工作时,使整流单元处于封锁状态,并避免在整流单元和回馈单元之间出现环流故障。

(3)逆变单元 逆变单元将整流后的直流电压转换为电压和频率均可变化的交流电,并送给交流电动机以实现变频调速。逆变单元的功率器件采用IGBT,且采用两电平PWM调制方式。

(4)制动单元 由于机械设备制动时,逆变单元将电动机的机械能量回馈到直流侧,并存储在电容器上,这会造成电容器上的电压上升。当回馈的能量较大时,由于电容器没有放电回路,电容器上的直流电压会过高,严重时会造成二极管、IGBT和电容器的损坏。因此,对于经常处于制动状态的调速系统,要增加制动单元以放掉电容器上过多的能量。制动单元工作原理就是可控电阻能耗制动,即通过一定开关频率脉冲使能量消耗在电阻上。对于不频繁起制动的系统,可不用制动单元。另外,对有回馈单元的系统也不用制动单元。

(5)回馈单元 对于频繁起制动的系统,采用回馈单元可以把直流母线上的多余能量逆变为交流电回馈到电网上,并可保证系统响应的快速性。回馈单元一般由三相全控晶闸管整流(逆变)桥构成,当直流母线电压超过一定值时,三相全控晶闸管桥进入逆变工作状态,并将直流电逆变为交流电,再经自耦变压器回馈至电网。回馈单元和整流单元必须进行互锁,即两者不能同时工作。因此,有回馈单元时,整流单元必须是可控元件。

(6)自耦变压器 由于回馈单元是在直流母线电压比正常值高一定值时才起作用,为使回馈电压与进线电压相匹配,必须把回馈单元的逆变电压降低一定值;而自耦变压器的作用就是可将逆变电压降低15%~20%后回馈给电网。(www.daowen.com)

(7)直流母线 当在一个区域内有多台电动机同时调速时,该系统均采用直流母线供电方式,并由多台整流单元向母线供电,而直流母线可带多台逆变器运行。整个轧线按区域分布共有6段直流母线供电,每段母线均有3台整流回馈单元,并按1主2从配置为母线提供直流电源。

1)粗轧2个压下电动机主从控制:粗轧机2台压下电动机均为200kW,380V三相异步电动机,正常生产时每道次摆辊缝时两侧电动机需同步起停。当两侧需调平时通过离合器将两侧连接轴断开,可单调一侧辊缝,即对单侧压下电动机实施调速控制。正常生产时的同步控制就是对2台6SE70变频器进行主从控制参数设置,2台装置通过SLB选件板完成各种装置间数据的快速传输。一台变频器作为发射端,另一台变频器作为接收端,并通过SIMOLINK环的控制协议来保证两台变频装置按一个公共节拍同步工作,从而来实现2台压下电动机的同步主从控制。

传动侧和操作侧电动机可通过离合器连轴,并将传动侧逆变器NA12的P601参数配为B3104,PLC可以决定是否打开离合器;NA12的P590参数也配为B3104,这样在打开离合器时,传动侧、操作侧电动机可以单独控制,而闭合离合器后可采用主从控制。

粗轧2台压下电动机变频器系统组成是由第二段直流母线为变频器提供电源,其中3台800kW西门子整流回馈/单元,按主从控制结构提供给第二段母线540V直流电。由逆变单元为压下电动机提供380V交流电,自动化系统由西门子最新一代多CPU的TDC控制,来完成2台压下电动机的各项功能。从操作台发出的运行命令经操作台ET200站,由Profibus-DP通信网络传送给控制器TDC310,而TDC310与2台压下6SE70变频器经Profibus-DP网络实时交换数据,保证了现场设备的有效运行。

2)卷取机利用6SE70变频器与T400专用卷绕软件的配合控制。在轧线卷取区域对2#卷取机控制系统利用6SE7042-3WN602300kW型号变频器,并配以专用带卷绕软件的T400工艺板来控制1台900kW三相异步电动机,实现了对带钢卷取的恒张力、恒线速度控制,并保证了带钢的良好卷形,该控制方式先进科学,应用效果明显。

通过对T400参数和TDC程序的开发,解决了头部卷形塔形和卷径计算误差的问题;并使卷取机的卷形有了很好的改善,有效避免了卷取塔形的出现,提高了产品质量。TDC控制器通过变频器上的CBP2通信板发送给T400板控制字。再通过这些控制字,TDC控制逆变器完成对900kW卷筒电动机的起/停、建张、张力给定、速度给定等控制。TDC控制器通过接收T400板的状态字,可明确逆变器当前的状态,并将实时数据传送到操作台HMI画面。

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