摘  要：軋機主傳動要求電氣傳動具有很高的動態響應和相當高的過載能力，這一領域長期以來一直被直流傳動所壟斷。自20世紀70niandaiqi，deyiyudianlidianzijishuheweidianzijishudegaodufazhanerrixinyueyidefazhan，suizhejiaoliuchuandongkongzhililundechanshengjiqiyingyongdetuiguang
，bianpintiaosujishuzaiqiyingyonglingyudedaolezhidetupo。 本文主要介紹英威騰IPE200係列變頻器在主軋機上的應用。

　　關鍵詞：IPE200變頻器  軋機  電氣傳動  整流回饋

　　一、引言

　　國內某鋼廠集采選礦、鋼鐵冶煉、鋼(gang)材(cai)軋(zha)製(zhi)為(wei)一(yi)體(ti)，其(qi)中(zhong)軋(zha)鋼(gang)生(sheng)產(chan)線(xian)集(ji)成(cheng)了(le)當(dang)今(jin)世(shi)界(jie)先(xian)進(jin)的(de)生(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)和(he)技(ji)術(shu)
，采(cai)用(yong)了(le)先(xian)進(jin)的(de)生(sheng)產(chan)管(guan)理(li)手(shou)段(duan)
，其(qi)工(gong)藝(yi)裝(zhuang)備(bei)和(he)產(chan)品(pin)檔(dang)次(ci)均(jun)達(da)到(dao)國(guo)際(ji)一(yi)流(liu)水(shui)平(ping)。隨(sui)著(zhe)計(ji)算(suan)機(ji)信(xin)息(xi)技(ji)術(shu)的(de)快(kuai)速(su)發(fa)展(zhan)，生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)對(dui)生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)和(he)生(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)的(de)要(yao)求(qiu)進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)高(gao)，此(ci)鋼(gang)廠(chang)進(jin)一(yi)步(bu)加(jia)大(da)技(ji)術(shu)改(gai)造(zao)力(li)度(du)
，其(qi)扁(bian)鋼(gang)軋(zha)線(xian)項(xiang)目(mu)使(shi)用(yong)英(ying)威(wei)騰(teng)IPE200係列四象限矢量變頻器和S7-300組成整流回饋多傳動控製係統，在係統設計可靠性和工藝要求上達到國內先進水平。本文將對其進行簡單介紹，對英威騰IPE200整流回饋多傳動係統著重說明。

　　二、應用環境分析

　　zhajizhuchuandongyaoqiudianqichuandongjuyouhengaodedongtaixiangyinghexiangdanggaodeguozainengli
，zheyilingyuchangqiyilaiyizhibeizhiliudianjichuandongsuolongduan，danyouyuzhiliudianjicunzaihuanxiangwenti
，zaochenghuanxiangqi、電刷等部件的維護工作量大增，而且直流電機在提高過載能力、降低轉動慣量以及簡化維護方麵都受到了很大限製。自20世紀70年代起
，隨著交流傳動矢量控製理論的產生及其應用推廣，目前鋼鐵工業全交流化已經在冷板帶連軋機、中厚板軋機、線棒軋機、型鋼軋機
、鋼管軋機包括主、輔傳動等領域已經實現，軋機采用交流變頻器越來越多。

　　軋機傳動對電氣傳動係統的要求： 電(dian)氣(qi)傳(chuan)動(dong)係(xi)統(tong)做(zuo)為(wei)電(dian)能(neng)與(yu)機(ji)械(xie)能(neng)的(de)轉(zhuan)換(huan)環(huan)節(jie)，應(ying)滿(man)足(zu)生(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)的(de)要(yao)求(qiu)，同(tong)時(shi)又(you)要(yao)適(shi)應(ying)電(dian)網(wang)的(de)要(yao)求(qiu)，實(shi)現(xian)高(gao)效(xiao)率(lv)運(yun)行(xing)和(he)高(gao)水(shui)平(ping)生(sheng)產(chan)。選(xuan)擇(ze)軋(zha)機(ji)主(zhu)傳(chuan)動(dong)電(dian)機(ji)調(tiao)速(su)係(xi)統(tong)時(shi)考(kao)慮(lv)一(yi)下(xia)因(yin)素(su)：

　　1) 滿足工藝要求和傳動係統的性能指標

　　電機調速係統應滿足軋製材料的生產所要求的軋製功率、轉矩、轉速
、調速範圍
，根據軋製的最大負荷確定傳動係統的過載能力
，同時要考慮電機是否可逆運轉、加減速時間、恒轉矩和恒功率運行的範圍等。而作為電氣傳動係統，還應考慮電機調速控製係統的性能指標、速度控製精度、轉矩或電流控製的動態響應、速度控製的動態響應等。

　　2) 適應電網要求

　　genjudianqichuandongxitongzhongdianjihedianlidianzijiaohuanqidenengliangjiaohuanxiaolv，dianlidianzijiaohuanqizhurudianwangdedianliuxiebohegonglvyinshushifoumanzugongdianxitongdeguidingheyaoqiu，kaolvshifouzengjiaxiebolvboyuwugongbuchangzhuangzhi。

　　扁鋼軋線項目組通過多次技術論證和實地考察，最終選擇了英威騰IPE200整流回饋多傳動方案。

　　2.1 軋線主電機技術參數

　　

型號	功率	轉速(rpm)	額定電流	數量	設備名稱	備注
YJP200M-8	200kW	500-1000	361—501A	5台	連軋主機	帶編碼器
YJP280X-8	280kW	500-1000	502—708A	2台	連軋主機	帶編碼器
YJP280X-8	280kW	500-1000	502—708A	1台	初軋主機	不帶編碼器

　　備注：

　　1) 其中一台是初軋軋機，帶慣性大飛輪。啟動力矩大，停止慣性大。

　　2) 通訊要求：DP通訊。

　　3) 閉環控製：德國倍加福軸套式編碼器，工作電壓DC24V，每周脈衝數1024，數量7個。

　　2.2  係統調節精度要求

　　1) 係統調節精度----------0.1%；

　　2) 靜態速降--------------0.1%（空載）；

　　3) 動態速降--------------2%（帶載）
；

　　4) 恢複時間--------------200ms。

　　2.3  變壓器容量

　　2500kVA  輸出電壓400V

　　　　三、係統方案

　　根據項目特點和應用要求，軋機主傳動等采用英威騰IPE200係列四象限矢量變頻器。IPE200係列四象限矢量變頻器由配電櫃、PWM整流回饋櫃和逆變櫃三部分組成，其中配電櫃和PWM整流回饋櫃組成變頻器的PWM整流回饋部分，逆變櫃則包含了變頻器的逆變部分。用戶可以根據實際需要靈活選配PWM整流回饋部分（包含配電櫃和整流櫃）和逆變部分。

　　整流櫃由PWM整流單元組成，該整流單元采用三相交流電源輸入，實現了上電預充電功能並可以提供穩定的直流母線電壓。PWM整流單元采用IGBT做整流橋，用高速度、高運算能力的DSP產生PWM控製脈衝。一方麵可以調整輸入的功率因數，消除對電網的諧波汙染，讓變頻器真正成為“綠色產品”；另一方麵可以將電機製動產生的能量回饋到電網，達到節能的效果。

　　3.1 整流回饋選型

　　1) IPE200係列整流器選型及配置

型   號	輸出功率	輸入AC	輸出DC	數量	備注
IPE200-96-1200-4	1200kW	2280A/400V	1920A/680V	2組	配電櫃+整流櫃

 

 

　　備注：1、進線櫃包含隔離開關
、框架式自動空氣斷路器
、電流互感器
、指示儀表等。饋電櫃包含濾波電抗器、上電緩衝電路等。

　　2
、由於係統的電流較大（按1920A*2計），整流/回饋裝置分為二組，每組二台櫃，每櫃內置3個200kW功率單元，每組1200kW
，共計2400kW。四台櫃共12個200kW整流回饋功率單元並聯運行。

　　2) 整流回饋並聯

　　

　　3) PWM整流回饋係統工作原理

　　PWM整流單元的主回路由主接觸器，預充電電路，LC濾波電路、輸入主電抗器、IGBT功(gong)率(lv)模(mo)塊(kuai)
，電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)等(deng)組(zu)成(cheng)。控(kong)製(zhi)上(shang)采(cai)用(yong)雙(shuang)閉(bi)環(huan)控(kong)製(zhi)結(jie)構(gou)，其(qi)外(wai)環(huan)為(wei)母(mu)線(xian)電(dian)壓(ya)環(huan)，內(nei)環(huan)為(wei)電(dian)流(liu)環(huan)
，通(tong)過(guo)對(dui)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)的(de)相(xiang)位(wei)檢(jian)測(ce)和(he)坐(zuo)標(biao)變(bian)換(huan)以(yi)及(ji)PI調節器的調節作用實現對電網輸入電流的有功分量和無功分量的獨立控製
，當控製無功電流分量為0值時，就可實現整流器功率因數接近於1和能量的雙向流動。

　　備注：上圖中AVR為自動電壓調整模塊
；ACR為自動電流調整模塊；VD為矢量控製模塊；PWM為脈寬調製
；PLL為鎖相環；L1、R1、C1為電源濾波器；L2為升壓電感；R0為上電緩衝電阻；MC為上電緩衝接觸器；Edc為母線電壓，其中帶“*”的為設定值
，不帶的為檢測值，θ為網側電壓相位角。

　　PWM整流回饋單元通過自動電壓調節器（AVR）調節整流器輸出母線電壓，維持母線電壓為一個恒定的設定值；同時自動電壓調節器（AVR）的輸出作為自動電流調節器（ACR）的輸入
，PWM整流器根據所檢測的三相電流來控製自動電流調節器（ACR）的輸出。PWM整流器檢測三相輸入電壓，並通過鎖相環（PLL）來計算電網的實時相位，保證PWM整流器輸出的電壓相位與電網實際相位同步
，前麵所提到的自動電流調節器（ACR）的輸出通過空間電壓矢量調製方式轉換為控製IGBT的驅動信號，實現PWM整流器的控製。

　　PWM整(zheng)流(liu)回(hui)饋(kui)部(bu)分(fen)與(yu)逆(ni)變(bian)部(bu)分(fen)一(yi)起(qi)組(zu)成(cheng)四(si)象(xiang)限(xian)變(bian)頻(pin)器(qi)，四(si)象(xiang)限(xian)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)典(dian)型(xing)應(ying)用(yong)場(chang)合(he)是(shi)具(ju)有(you)位(wei)勢(shi)負(fu)載(zai)的(de)場(chang)合(he)，例(li)如(ru)提(ti)升(sheng)機(ji)
，機(ji)車(che)牽(qian)引(yin)
，油(you)田(tian)磕(ke)頭(tou)機(ji)，離(li)心(xin)機(ji)等(deng)
，有(you)些(xie)大(da)功(gong)率(lv)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)
，也(ye)需(xu)要(yao)四(si)象(xiang)限(xian)變(bian)頻(pin)以(yi)減(jian)小(xiao)對(dui)電(dian)網(wang)的(de)諧(xie)波(bo)汙(wu)染(ran)。采(cai)用(yong)帶(dai)有(you)PWM控kong製zhi整zheng流liu器qi的de變bian頻pin器qi具ju有you四si象xiang限xian運yun行xing的de功gong能neng，能neng滿man足zu各ge種zhong位wei勢shi負fu載zai的de調tiao速su要yao求qiu，可ke將jiang電dian機ji的de再zai生sheng能neng量liang轉zhuan化hua為wei電dian能neng送song回hui電dian網wang，達da到dao最zui大da限xian度du的de節jie能neng目mu的de。

　　整流回饋部分對交流電源過壓、缺相故障、IGBT模塊過熱、過流
、過載
、預yu充chong電dian之zhi前qian的de整zheng流liu單dan元yuan控kong製zhi電dian源yuan進jin行xing監jian控kong，出chu現xian任ren何he故gu障zhang時shi都dou會hui導dao致zhi整zheng流liu單dan元yuan封feng鎖suo驅qu動dong脈mai衝chong並bing發fa出chu一yi個ge故gu障zhang信xin號hao。通tong過guo交jiao流liu電dian源yuan或huo控kong製zhi電dian源yuan的de重zhong新xin上shang電dian可ke複fu位wei故gu障zhang信xin號hao。

　　3.2 逆變傳動選型

　　1) IPE200係列逆變櫃選型及配置

　　

型   號		輸出功率（kW）	輸入電流DC（A）	輸出電流AC（A）	數量（套）	櫃體尺寸
680VDC	IPE200-56-0400-4	400	640	760	5	700*2300*600

　　2) 共直流母線

　　PWM整zheng流liu回hui饋kui部bu分fen將jiang三san相xiang交jiao流liu電dian整zheng流liu為wei直zhi流liu電dian向xiang直zhi流liu母mu線xian電dian路lu供gong電dian，直zhi流liu電dian路lu向xiang驅qu動dong電dian機ji的de逆ni變bian器qi供gong電dian。直zhi流liu電dian路lu可ke以yi隻zhi連lian接jie一yi個ge逆ni變bian單dan元yuan

，也ye可ke以yi連lian接jie多duo個ge逆ni變bian單dan元yuan，具ju體ti用yong戶hu可ke以yi靈ling活huo配pei置zhi。

　　四
、現場設備係統調試

　　主控台通過操作台及上位機對整個軋線進行集中控製和監控，S7-300通過Profibus-DP現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)與(yu)變(bian)頻(pin)器(qi)進(jin)行(xing)動(dong)態(tai)數(shu)據(ju)的(de)交(jiao)換(huan)
，完(wan)成(cheng)整(zheng)個(ge)軋(zha)線(xian)的(de)速(su)度(du)級(ji)聯(lian)控(kong)製(zhi)。上(shang)位(wei)機(ji)在(zai)線(xian)實(shi)時(shi)了(le)解(jie)變(bian)頻(pin)器(qi)運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)

，所(suo)有(you)數(shu)據(ju)在(zai)屏(ping)幕(mu)上(shang)一(yi)目(mu)了(le)然(ran)。調(tiao)試(shi)後(hou)效(xiao)果(guo)顯(xian)示(shi)集(ji)中(zhong)操(cao)作(zuo)非(fei)常(chang)簡(jian)便(bian)
，係(xi)統(tong)運(yun)行(xing)穩(wen)定(ding)可(ke)靠(kao)集(ji)成(cheng)度(du)提(ti)高(gao)，產(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)和(he)生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)也(ye)大(da)大(da)提(ti)高(gao)。

　　4.1 軋線係統結構圖

　　以下為采用英威騰公司IPE200四象限產品的軋線係統結構圖。

　　4.2 上位機組態

　　4.3 設備調試

　　     列舉K5軋輥的帶載運行圖，動態響應在500ms，滿足生產需求。

圖表說明：紅色---速度跌落  棕色---轉矩電流

現場設備圖片　

五、結束語

　　英威騰IPE200交流傳動係統在扁鋼生產線軋機主傳動上的成功運用，是國產變頻器在軋鋼生產線上成功嚐試
，大幅提高了生產線的運行效率
；由於采用了PWM整流器，提高了變頻係統輸入的功率因數
，降低惡劣係統對電網的諧波汙染

，讓變頻器真正成為“綠色產品”；同時由於變頻可以四象限運行，因而可以將電機製動產生的能量回饋到電網
，達到節能的效果。IPE200交流傳動係統以其先進性、可靠性和穩定性贏得了客戶的認同；也提高了企業產品的產量和質量，滿足了生產工藝要求
，進而提高了產品效益。

參考文獻：

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[5]張崇巍
，張興.PWM整流器及其控製
，北京:機械工業出版社，2003

[6]《IPE200係列四象限矢量變頻器說明書》   深圳英威騰電氣股份有限公司

 

關於英威騰：

　　英威騰，成立於2002年，致力於成為全球領先、受人尊敬的電氣傳動、工業控製、新能源領域的產品與服務供應商，2010年在深交所A股上市
，股票代碼：002334。英威騰是國家火炬計劃重點高新技術企業
，目前擁有11家控股子公司，依托於電力電子、自動控製
、電機控製
、節能環保
、物聯網、信息化等關鍵技術的掌握，主要產品涵括高、中
、低壓變頻器
、電梯智能整體機、伺服係統、PLC、HMI、電機和電主軸、SVG、UPS
、光伏逆變器等。英威騰現有員工1600多人，大型生產基地4個，營銷網絡遍布國內及海外60多個國家和地區。

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