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類型分類：: 科普知識(shí)

數(shù)據(jù)分類：: 高壓斷路器

大功率交流變頻裝置在宣鋼高線精軋機(jī)組上的應(yīng)用

發(fā)布日期：2022-04-27 點(diǎn)擊率：114

    宣鋼高速線材工程由北京首鋼設(shè)計(jì)院總承包。該工程在電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)中采用了多項(xiàng)新技術(shù)，其中有：

    (1)整個(gè)軋線采用兩級(jí)計(jì)算機(jī)控制、過程控制級(jí)完成全線速度設(shè)定，軋制程序的儲(chǔ)存、全線軋件跟蹤、打印報(bào)表等；基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)完成全線速度級(jí)聯(lián)控制，粗、中軋微張力控制，飛剪的剪切控制，活套控制等，整個(gè)軋線自動(dòng)化水平高，達(dá)到了同類軋機(jī)國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

    (2)采用網(wǎng)絡(luò)控制：過程控制級(jí)采用工業(yè)以太網(wǎng)；基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)采用現(xiàn)場(chǎng)總線即Profibus-DP網(wǎng)，大大節(jié)省了電纜和電纜的施工費(fèi)用。

    (3)為消除直流傳動(dòng)非線性負(fù)載產(chǎn)生的高次諧波對(duì)電網(wǎng)造成的污染，采用了高次諧波濾波裝置，使電網(wǎng)供電質(zhì)量提高，達(dá)到了國(guó)家電網(wǎng)和地方供電局對(duì)高次諧波的治理標(biāo)準(zhǔn)。

    (4)在精軋機(jī)上采用了全數(shù)字大功率交流變頻調(diào)速裝置，配以國(guó)產(chǎn)的大型同步調(diào)速電動(dòng)機(jī)，是國(guó)內(nèi)的第三家，而且是應(yīng)用最成功，事故率最少，調(diào)試時(shí)間最短、投產(chǎn)最快的一套軋機(jī)。

    工藝概況

    設(shè)計(jì)規(guī)模：年產(chǎn)35萬(wàn)t高線無扭熱軋盤條。

    產(chǎn)品規(guī)格：φ5.5一φ6.Omm

    主要鋼種：普碳鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、低合金鋼等

    產(chǎn)品精度： φ5.5~φ6.0mm士0.15mm

    φ10.5~φ16.Omm士0.20mm

    橢圓度不大于尺寸總偏差的80%。

    軋制速度：精軋機(jī)最高設(shè)計(jì)速度113m/s，保證速度85m/s(φ5.5mm)精軋機(jī)采用頂交型新型軋機(jī)。

    工藝要求精軋機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度快，調(diào)速精度高、調(diào)速范圍大，要達(dá)到這樣的工藝要求，采用常規(guī)的直流傳動(dòng)是很難實(shí)現(xiàn)的。

    對(duì)精軋驅(qū)動(dòng)電機(jī)的技術(shù)要求及技術(shù)參數(shù)

    根據(jù)工藝要求精軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)選用了西門子電氣公司生產(chǎn)的負(fù)載換向變頻器(以下簡(jiǎn)稱LCI)配以國(guó)內(nèi)大型同步調(diào)速電機(jī)的調(diào)速方案。下面是設(shè)計(jì)院對(duì)電機(jī)制造廠家提出的一些技術(shù)要求和電機(jī)制造廠家能達(dá)到的一些技術(shù)參數(shù)。

    1 技術(shù)要求

    1) 對(duì)過載倍數(shù)的要求

    要求電機(jī)在1.1倍額定負(fù)載狀態(tài)下長(zhǎng)期運(yùn)行。在周期內(nèi)等效負(fù)載不超過額定負(fù)載時(shí)1.6Pn運(yùn)行15s，間隔時(shí)間15min。

    2) 時(shí)電機(jī)直軸超瞬變電抗X"d及每相換向電抗Xcm的要求

    LCI負(fù)載換向變頻器由西門子電氣公司成套提供，型號(hào)為SIMOVERTS，為了保證變流系統(tǒng)對(duì)晶閘管換向的可靠性要求，西門子公司提出與LCI的配套電機(jī)必須滿足X"d≤13.03%(50Hz時(shí)標(biāo)么值)；每相換向電抗Xcm = 0.6X"d ≤ 7.818%(50Hz時(shí)標(biāo)么值)而且由西門子公司派技術(shù)人員到廠家試驗(yàn)驗(yàn)收。

    3) 對(duì)機(jī)械特性和性能的要求

    要求電機(jī)從傳動(dòng)端看電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針方向，允許反向點(diǎn)動(dòng)；電機(jī)旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為滿足調(diào)速動(dòng)態(tài)性能的要求，其GD2不大于3.5tm2；電機(jī)旋轉(zhuǎn)部件能承受最高轉(zhuǎn)速(1500r/min) 1.2倍的過速運(yùn)行2min，而不產(chǎn)生有害變形和損壞。

    4) 對(duì)定子絕緣的要求

    由于對(duì)電機(jī)供電的裝置是LCI，考慮到晶閘管換流過壓及電流變化率快的影響，將產(chǎn)生浪涌電壓，此值與基波電壓相疊加，使電機(jī)絕緣承受電壓超過額定值，因此要求電機(jī)定子繞組絕緣按工作電壓6000V設(shè)計(jì)，按6000V級(jí)考核。此外，由于浪涌電壓的變化率較大，致使線圈各匝電壓分布不均勻，特別是靠近電壓輸人端的線匝承受的電壓較高，所以要求電機(jī)除加強(qiáng)對(duì)地絕緣外，還要加強(qiáng)匝間絕緣。

    5) 對(duì)電機(jī)采用阻尼繞組的要求

    對(duì)于采用LCI供電的調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)來講增設(shè)阻尼繞組可減少換流重疊角，加速換向過程，提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的品質(zhì)，所以要求本電機(jī)采用全阻尼繞組結(jié)構(gòu)。從交直交電流型變頻器供電的同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行機(jī)理上分析，電機(jī)是長(zhǎng)期工作在兩相通電，兩相短路的交替工作狀態(tài)，電機(jī)換流時(shí)相當(dāng)于兩相突然短路，對(duì)應(yīng)的是超瞬變電抗，增加阻尼繞組就意味著加速換流過程，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。

    6) 梯形波電流供電對(duì)電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求

    由于LCI的電流輸出彼形為梯形波，電動(dòng)機(jī)中除基波外還存在一系列的奇次諧波對(duì)電機(jī)影響較大，使電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲及附加損耗，因此電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求采用雙繞組且在定子空間上相互錯(cuò)開30°電氣角。即把每對(duì)極下的電樞表面從原來的三相對(duì)稱繞組的6個(gè)相帶改為12個(gè)相帶，每個(gè)相帶的空間距離由60°變?yōu)?0°空間電氣角，這樣可以使5， 7， 17， 19次諧波相互抵消，有效地克服電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，使電機(jī)效率大大提高。

    7) 對(duì)軋鋼過程中電機(jī)轉(zhuǎn)子軸向竄動(dòng)的要

    電機(jī)在軋鋼過程中，難免會(huì)產(chǎn)生軸向推力，要求電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)采取相應(yīng)防范措施。對(duì)本電機(jī)要求：一是在軸承端面澆有鎢金并開有儲(chǔ)油槽對(duì)產(chǎn)生的推力起阻尼作用，二是軸瓦與軸肩的間隙保證轉(zhuǎn)子軸向竄動(dòng)不大于士2mm。

    8) 對(duì)電機(jī)外形尺寸的要求

    由于工藝位置尺寸受到限制，要求電機(jī)主軸中心至定子頂部不能超過920mm，設(shè)計(jì)要求按900mm設(shè)計(jì)，電機(jī)的外形尺寸為長(zhǎng)4160mm，寬2730mm，高1800mm，總重量30t。

    9) 對(duì)電機(jī)溫度的要求

    電機(jī)在額定負(fù)載時(shí)<80k； 1.1倍額定負(fù)載時(shí)≤105k，要求在電機(jī)定子、軸承、進(jìn)出風(fēng)口、進(jìn)出水口均埋有三線制PT100檢測(cè)元件。其中定子12只(每相兩只)兩軸承、進(jìn)出風(fēng)、進(jìn)出水各一只。

    2 技術(shù)參數(shù)

    電機(jī)技術(shù)參數(shù)如下：

    電機(jī)型號(hào)：BPT5000-4

    額定功率：5000kW

    極數(shù)：4極

    相數(shù)：6(雙Y移相30°)

    額定轉(zhuǎn)速：1000r/min 最高轉(zhuǎn)速1500 r/min

    工作頻率：33.3Hz (1000 r/min)

              50Hz (1500 r/min)

    額定電壓：2250V (1000 r/min)

              2300V (1500 r/min)

    額定電流：708.8A (1000 r/min)

              714.2A (1500 r/min)

    勵(lì)磁方式：有刷勵(lì)磁

    勵(lì)磁電壓：54.6V (1000 r/min)

              50.2V (1500 r/min)

    勵(lì)磁電流：313.9A (1000 r/min)

              288.9A (1500 r/min)

    1.6PN時(shí)勵(lì)磁電壓：

                   81.2V (1000 r/min)

                   75.5V (1500 r/min)

    1.6PN時(shí)勵(lì)磁電流：

                   467.3A (1000 r/min)

                   434.2A (1500 r/min)

    1.6PN時(shí)定子電流：

                   1153.8A (1000 r/min)

                   1145A (1500 r/min)

    防護(hù)等級(jí)：IP54(集電環(huán)部分IP23)

    冷卻方法：ICW37A86

    安裝方式：IM1001

    全數(shù)字大功率變頻調(diào)速裝置的工作原理及其硬件配置

    1 工作原理

    宣鋼高線精軋機(jī)主傳動(dòng)采用了德國(guó)西門子電氣公司的LCI控制系統(tǒng)，主電機(jī)采用了國(guó)產(chǎn)的大型同步調(diào)速電機(jī)，由于同步電動(dòng)機(jī)在旋轉(zhuǎn)時(shí)能夠產(chǎn)生反電勢(shì)和晶閘管電

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