1 引言
安鋼第一煉軋廠高速線材連軋機(jī)組采用國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)與裝備，原料采用熱裝熱送工藝，加熱爐為引進(jìn)日本中外爐關(guān)鍵燃燒裝置的步進(jìn)梁式加熱爐，具有加熱質(zhì)量好，成本低的特點(diǎn)。全車間共有30架軋機(jī)，其中粗、中軋平-立交替14架，45度預(yù)精軋4架，精軋機(jī)8架，減定徑機(jī)4架，設(shè)計(jì)最大速度140m/s，最大軋制速度120m/s，保證軋制速度為112m/s，全線采用控制軋制和控制冷卻新工藝，有五套控冷水箱，大風(fēng)量強(qiáng)冷式延遲型散卷保溫罩進(jìn)行低溫軋制強(qiáng)制冷卻，實(shí)現(xiàn)索氏體處理，又可實(shí)現(xiàn)緩慢冷卻。設(shè)計(jì)能力的40萬t/年，其精軋機(jī)和減定徑機(jī)交流主傳動(dòng)裝置采用西門子simovert mv高壓變頻器控制系統(tǒng)。

2 simovert mv高壓變頻器控制系統(tǒng)的構(gòu)成
高壓變頻調(diào)速裝置simovert mv，使4.16kv的大功率高壓變頻調(diào)速裝置獲得高動(dòng)態(tài)性能;它通過一個(gè)真正的標(biāo)準(zhǔn)程序、全新的hv-igbt技術(shù)、有源前端、靈活性、模塊化、符合各種國際標(biāo)準(zhǔn)(iec，ieee，en，nema等)、空氣冷卻(高達(dá)4mva)，對(duì)高線電機(jī)5000kw、0-850r/min范圍內(nèi)的傳動(dòng)速度進(jìn)行精確地控制。在節(jié)省能耗和更好地控制高線生產(chǎn)過程等方面創(chuàng)造關(guān)鍵性的效益。

高壓變頻器控制系統(tǒng)見圖1，變頻器主回路由3大部分組成:整流單元、中間單元、逆變單元。整流單元采用移相30°的12脈沖二極管整流器(二極管前端-dfe)可靈活地滿足各種用戶要求，直流母線額定電壓為5880v。中間直流單元由預(yù)充電單元、放電單元、制動(dòng)單元組成。逆變單元使用igbt三電平矢量控制技術(shù)，兩組并聯(lián)輸出。光纖觸發(fā)裝置uel保證igbt可靠觸發(fā)。

圖1 高壓變頻器控制系統(tǒng)框圖

控制系統(tǒng)采用simadyn-d，雙32位cpu分工合作，一個(gè)主要用于處理矢量控制的檢測(cè)、計(jì)算、邏輯量的處理，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、速度閉環(huán)控制;另一個(gè)用于處理通信，通過mpi或profibus-dp網(wǎng)與3個(gè)從站(op7操作控制面板、遠(yuǎn)程et200、柜內(nèi)e't200站)進(jìn)行通信。

3 simovert高壓變頻器控制系統(tǒng)主要功能
3.1 三電平技術(shù)降低對(duì)電機(jī)的沖擊
simovert mv裝置所采用的三電平技術(shù)和hv-igbt器件可以獲得優(yōu)良的輸出電壓特性。具有低諧波分量的基本正弦電流特性以及極佳的轉(zhuǎn)矩特性導(dǎo)致電機(jī)損耗得到降低。每次通電或斷電時(shí)的瞬變電流和瞬變電壓是可以完全控制。當(dāng)simover mv變頻器工作于限流狀態(tài)時(shí)，不受輸出短路的影響。觸發(fā)電路所需要的元件數(shù)少得多。不需要緩沖電路。(主回路結(jié)構(gòu)圖如圖2所示)每相橋臂上功率器件v1和v3，v2和v4的狀態(tài)總是互反的，輸出電壓只能是從+ed到0，0到-ed; 不允許在+ed和-ed之間直接變化，即不存在兩個(gè)器件同時(shí)開通或關(guān)斷的情況，從而在橋臂上輸出3種不同電平:+ed、0、-ed三相合成空間電壓矢量為一旋轉(zhuǎn)矢量，旋轉(zhuǎn)角速度為ω。當(dāng)其相電壓達(dá)到最大值時(shí)，合成空間矢量即處于該相電壓對(duì)應(yīng)的位置上。這樣空間電壓矢量就和三相電壓建立了一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

圖2 主回路三電平結(jié)構(gòu)示意圖

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3.2 transvector磁場定向控制
simvoert mv控制采用了transvektor磁場定向控制。其控制原理是運(yùn)用空間向量估計(jì)值以及為降低電機(jī)損耗與開關(guān)損耗而經(jīng)過優(yōu)化的逆變器觸發(fā)脈沖模式，并運(yùn)用空間向量估計(jì)值及為降低電機(jī)損耗而經(jīng)過優(yōu)化的逆變器觸發(fā)脈沖模式獲得優(yōu)良的控制特性，具有強(qiáng)大的計(jì)算功能和快速反應(yīng)能力，動(dòng)態(tài)特性好，功率因數(shù)高，諧波含量低及較好的深調(diào)速性能。優(yōu)良的控制特性和更高的動(dòng)態(tài)性能，即使處在控制范圍邊界線上。也表現(xiàn)出最佳的動(dòng)態(tài)特性。

3.3 矢量控制
電壓空間矢量控制的基本原理是用三電平變頻器所具有的菱形矢量逼近系統(tǒng)所需要的電壓矢量軌跡，三電平pwm的控制指令是主控系統(tǒng)根據(jù)u/f控制和矢量控制等控制策略得到的，它以某一角速度在空間旋轉(zhuǎn)，其幅值正比于輸出電壓幅值，其旋轉(zhuǎn)角頻率正比于輸出電壓頻率。simovert mv輸出相電壓如圖3所示。

3.4 simandyn d的開環(huán)控制與閉環(huán)控制
高性能及成熟的全數(shù)字化simadyn d控制系統(tǒng)可用作開環(huán)控制和閉環(huán)控制平臺(tái)，它具有靈活的標(biāo)準(zhǔn)軟件，速度極快的全數(shù)字化32位信號(hào)處理器，便于操控和觀測(cè)的良好用戶界面，廣泛的本地診斷程序通過調(diào)制解調(diào)器的遠(yuǎn)程診斷功能。simvoert mv模塊化設(shè)計(jì)不僅使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)十分緊湊，而且也增強(qiáng)了系統(tǒng)的維修便利性，因而提高了系統(tǒng)的可利用率:運(yùn)行的情況下風(fēng)扇在半小時(shí)內(nèi)完成更換。不必使用特殊工具，只需5min完成igbt功率模塊的更換工作，光纖觸發(fā)裝置uel采用可插式結(jié)構(gòu)simadynd控制板以及供選用的調(diào)制解調(diào)器接口卡也都是插入式模塊錯(cuò)誤信息的時(shí)序記憶功能可迅速排除整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的故障，例如:斷路器、電網(wǎng)欠電壓或過電壓、變壓器監(jiān)測(cè)、風(fēng)扇故障、電機(jī)監(jiān)測(cè)，igbt監(jiān)測(cè)、直流環(huán)節(jié)電壓、接地故障監(jiān)測(cè)、輔助電壓監(jiān)測(cè)。

圖3 simovert mv輸出相電壓波形圖

3.5 imvoert mv操作控制面板op7
imvoert mv操作控制面板op7具有良好的用戶界面和可讀性、使simovert mv系統(tǒng)具有更高水平的用戶界面。

4 調(diào)試生產(chǎn)中存在的問題
在調(diào)試生產(chǎn)中，我們碰到了以下問題:
(1) 由于頻繁調(diào)速及電網(wǎng)電壓高造成制動(dòng)電阻頻繁和長時(shí)間投用
本系統(tǒng)采取提高投用制動(dòng)電阻的門檻值(由1.115提高到1.125)和調(diào)整變壓器的分接開關(guān)位置(由3調(diào)至1，變壓器參數(shù)由6000v/2×2260v調(diào)為6300v/2×2260v)的辦法徹底解決了這一問題。
(2) 電流高頻振蕩放大，裝置過流跳閘
這是因?yàn)樽冾l器與電機(jī)間的動(dòng)力電纜對(duì)地產(chǎn)生寄生電容以及電纜之間產(chǎn)生的耦合電容與電機(jī)的感性負(fù)載產(chǎn)生比諧振造成的，我們?cè)谳敵龌芈飞显黾与娍蛊骱?，問題徹底解決。
(3) igbt器件固定螺絲松動(dòng)
igbt器件固定螺絲在運(yùn)輸和長期運(yùn)行時(shí)松動(dòng)，op7報(bào)直流母線不平衡故障，按要求緊固后故障消除。
(4) 釋能電阻在柜內(nèi)將光纖觸發(fā)裝置uel上光纖損壞
釋能電阻在柜內(nèi)因發(fā)熱將光纖觸發(fā)裝置uel上光纖損壞，將釋能電阻移位至柜頂問題解決。

5 結(jié)束語
高壓變頻器經(jīng)過在安鋼的實(shí)際運(yùn)行考驗(yàn)，證明該系統(tǒng)具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能，可靠的檢測(cè)和保護(hù)功能，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，故障率低。