摘 要:本鋼1700熱連軋機(jī)改造項(xiàng)目中，主傳動(dòng)選用美國GE公司生產(chǎn)的三電平交一直一交電壓型變頻器，其主回路采用IGCT電力電子半導(dǎo)體器件。這在國內(nèi)的熱連軋板材軋機(jī)上尚屬首次。本文對(duì)該系統(tǒng)的主回路結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)硬件及系統(tǒng)調(diào)試軟件進(jìn)行簡單介紹。 關(guān)鍵詞:三電平變頻器；IGCT；熱連軋機(jī) 　　本鋼1700mm熱連軋機(jī)軋制線是70年代全部由國內(nèi)設(shè)計(jì)制造完成的生產(chǎn)線，盡管陸續(xù)進(jìn)行了一系列的技術(shù)改造，但其主傳動(dòng)仍為直流發(fā)電機(jī)機(jī)組供電的直流傳動(dòng)，自動(dòng)化控制水平較低。2001年7月由美國GE公司負(fù)責(zé)對(duì)全線進(jìn)行了全面技術(shù)改造，主傳動(dòng)改為交流變頻調(diào)速；自動(dòng)化系統(tǒng)也進(jìn)行了全面改造，投入了液壓AGC、機(jī)架間冷卻、層流控制模型等一系列新功能。其中主傳動(dòng)改為交流同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速。在國內(nèi)現(xiàn)有大型板材熱連軋生產(chǎn)線上，采用IGCT電力電子半導(dǎo)體器件的變頻器尚屬首例。此前同類生產(chǎn)線所用最新變頻器的主回路電力電子器件為GTO。因此，本文專門對(duì)其交流變頻主傳動(dòng)系統(tǒng)加以介紹，供國內(nèi)同行參考和借鑒。 [b]1 主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1．1 系統(tǒng)參數(shù)[/b] 　　主傳動(dòng)所采用的變頻器為美國GE公司的Innovation系列產(chǎn)品。采用此種變頻器供電的有R1軋機(jī)立輥E1主傳動(dòng)電機(jī)（額定電壓33OOv）；R1軋機(jī)平輥主傳動(dòng)電機(jī)（額定電壓6600v）；F1～F7精軋機(jī)主傳動(dòng)電機(jī)（額定電壓6600V）。其電機(jī)詳細(xì)參數(shù)如表1。 　　以6 600 V變頻器裝置為例，參照外方提供的技術(shù)資料，將其相關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)歸納如下。 　　交流電源進(jìn)線：6600V（±5％），1 100A，50Hz 　　交流變頻輸出：6600V，0～750Hz，1 100A 　　裝置負(fù)載能力：100％，長期；200％，30 s 　　系統(tǒng)控制精度： 　　· 靜態(tài)速度精度0．01％，l一（最高轉(zhuǎn)速） 　　· 動(dòng)態(tài)速降0．15％ 　　· 速度階越響應(yīng)30 tad 　　· 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)<1％ 　　純水冷卻系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)： 　　· 冷卻水流量0～48O L／min 　　· 進(jìn)水溫度0～35℃ 　　· 出水溫度17～37℃ 　　·回水溫度上限77℃ 　　· 水電阻4～6 MΩ,／cm 1．2 主回路結(jié)構(gòu) 　　GE公司的Innovation系列產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。每套系統(tǒng)由控制柜、整流柜、直流濾波柜、逆變柜、勵(lì)磁柜及純水冷卻系統(tǒng)組成。因整個(gè)主回路的原理較為復(fù)雜，為簡便起見，在此僅以3 300 v裝置逆變側(cè)為例給出主回路示意圖，如圖1所示。 　　其主回路設(shè)計(jì)采用了整流側(cè)和逆變側(cè)完全對(duì)稱的“背靠背”形式，實(shí)現(xiàn)了全功率的四象限運(yùn)行，這是一種理想結(jié)構(gòu)。由于系統(tǒng)可以四象限運(yùn)行，因此可以在減速或停車時(shí)全功率向電網(wǎng)回饋能量，從而大量節(jié)能。它既滿足了R1初軋機(jī)正反向可逆軋制的要求，又可滿足精軋機(jī)主傳動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)速特性的要求。同時(shí)，這種整流側(cè)和逆變側(cè)相同的對(duì)稱結(jié)構(gòu)形式，也減少了備件種類和數(shù)量，節(jié)省了運(yùn)行成本。這種結(jié)構(gòu)的唯一不足之處是系統(tǒng)造價(jià)較高，一次性投入較多。 　　系統(tǒng)中整流側(cè)及逆變側(cè)主回路器件采用水冷散熱器進(jìn)行冷卻。純水冷卻方式為縮小系統(tǒng)體積及緊湊型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了可能，也避免了強(qiáng)迫風(fēng)冷方式所容易造成的粉塵積累及絕緣下降問題。每相的上下兩個(gè)橋臂組裝在一個(gè)水平串式結(jié)構(gòu)中。這種水平串式結(jié)構(gòu)給系統(tǒng)維護(hù)和主回路元器件的更換帶來了方便。每一串式結(jié)構(gòu)中除IGCT器件外還包括續(xù)流二極管、鉗位二極管等半導(dǎo)體器件。主回路中其它功耗較大的器件如橋臂快熔、電容放電電阻、吸收回路電阻、電流變化率抑制電抗器等也全部采用純水冷卻方式。 　　為了減小IGCT器件在開關(guān)過程中所產(chǎn)生的過電壓，希望回路的分布電感越小越好。采用純水冷卻方式，不僅縮小了主回路裝置的體積，而且也縮短了主回路器件間的連接導(dǎo)線，從而有利于減小回路的分布電感。系統(tǒng)中在可能的部分都采用層疊母線連接，使得回路的分布電感進(jìn)一步減小。 　　主傳動(dòng)電機(jī)采用交流同步變頻電機(jī)，其勵(lì)磁裝置采用晶閘管三相全控橋形式供電。勵(lì)磁主回路也采用純水冷卻方式。 [b]2 控制系統(tǒng) 2．1 硬件配置[/b] 　　系統(tǒng)的整流側(cè)與逆變側(cè)采用完全相同的機(jī)箱硬件配置，即各使用了一臺(tái)Innovation控制器機(jī)箱。 　　機(jī)箱內(nèi)包括：控制箱背板CAPB、機(jī)箱電源RA．PA、數(shù)字處理器板DS既、橋控基本I，，O板BAIA、橋控信號(hào)接口模板BICI和BPII。其中DSPX為32位浮點(diǎn)DSP處理器TMS320C31，主頻60 MHz。外配標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)器元件及ASIC（Application Specific Inte．Circuit）或 （Field Pmgmmnmble Gate Arrays）集成電路，用&SIC或FPGA集成電路完成用戶邏輯控制功能，包括串行接口、Wmhdog時(shí)鐘、系統(tǒng)時(shí)鐘、增量碼盤信號(hào)采集、開關(guān)量輸入采集等。DSPX板上的存儲(chǔ)器又分為FLASH存儲(chǔ)器、RAM存儲(chǔ)器、NVRAM存儲(chǔ)器及ADD-ONLY存儲(chǔ)器。各種存儲(chǔ)器分別用于不同的用途，如存儲(chǔ)系統(tǒng)程序、過程數(shù)據(jù)、固化數(shù)據(jù)、板卡版本識(shí)別碼等。此外還有一個(gè)可選板插槽位，用于插入Genim 網(wǎng)絡(luò)通信接口板或Profibus網(wǎng)絡(luò)通信接口板等。 　　在機(jī)箱外部，還配有變壓器接口板GGXD、交流及直流電壓檢測(cè)接口板NATO、橋控及直流母線接口板GGXI、門極驅(qū)動(dòng)電源板GDPA等。 2．2 調(diào)試軟件 　　Innovation系列傳動(dòng)控制系統(tǒng)采用專用ToolBox軟件進(jìn)行調(diào)試。該軟件在Windows環(huán)境下運(yùn)行，通過串口通信與傳動(dòng)系統(tǒng)連接。使用該軟件可對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行初始化配置，或進(jìn)行在線參數(shù)調(diào)整。對(duì)于一些軟件功能塊可進(jìn)行重新連接。調(diào)試完成的參數(shù)可作為文件進(jìn)行存儲(chǔ)或下載到傳動(dòng)系統(tǒng)中運(yùn)行，也可上裝裝置已有的參數(shù)。ToolBox還具有在線參數(shù)波形記錄功能，為傳動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)試和故障診斷提供了極大的便利。 　　不同的傳動(dòng)設(shè)備采用不同的配置文件來設(shè)定其設(shè)備特征。對(duì)于整流器側(cè)（電源側(cè)）控制機(jī)箱，使用ACMVRS6-A模式，下裝DSPX3300．ARC（3300v裝置）或DSPX6600．ARC（66OOV裝置）配置文件及參數(shù)給整流控制機(jī)箱。對(duì)于逆變器側(cè)（負(fù)載側(cè)）控制機(jī)箱，使用ACMVRS6-U模式（同步機(jī)控制），下裝DSPX3300．ARC（3300V裝置）或DSPX6600．ARC（6600V裝置）配置文件及參數(shù)給逆變控制機(jī)箱。對(duì)于同步機(jī)勵(lì)磁裝置，使用EXU—ACODE．ARC配置文件。 3 運(yùn)行效果 　　原有軋線采用直流發(fā)電機(jī)機(jī)組供電，本次改造后一次進(jìn)步到交一直一交變頻傳動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 　?。?）大大縮小供電系統(tǒng)的占地面積。 　?。?）減少系統(tǒng)運(yùn)行噪音。 　?。?）減少運(yùn)行維護(hù)工作量。 　?。?）采用交一直一交電壓型變頻供電形式，整流側(cè)和逆變側(cè)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，做到了對(duì)電網(wǎng)的無諧波驗(yàn)交流運(yùn)行，既減少了一般靜止變流器（如直流傳動(dòng)、交交變頻等）對(duì)電網(wǎng)的污染，又省去了無功補(bǔ)償系統(tǒng)的投資。 　?。?）采用全數(shù)字控制系統(tǒng)后，傳動(dòng)系統(tǒng)與自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。這不僅簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)可靠性，而且還給系統(tǒng)維護(hù)和故障診斷提供了極大的便利。 　?。?）新系統(tǒng)投運(yùn)后，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高，產(chǎn)品種類也大大增加。自動(dòng)化程度的提高，控制模型的投入，減輕了操作人員的工作量，又從設(shè)備角度保證了產(chǎn)品質(zhì)量。 　　從現(xiàn)有運(yùn)行情況看，新系統(tǒng)采用純水冷卻有許多優(yōu)點(diǎn)。但純水冷卻系統(tǒng)也有不足之處，一是因系統(tǒng)電壓高，對(duì)純水水質(zhì)的要求也高，水質(zhì)的檢測(cè)，水量的補(bǔ)充，比較繁瑣；二是純水的去離子處理部分須定期更換，有一定的維護(hù)工作量，且維護(hù)費(fèi)用較高。