摘要：介紹新鋼公司線材廠精軋機(jī)組的電氣傳動系統(tǒng)，閘述西門子6RA2425全數(shù)字直流調(diào)速裝置的控制原理及其在精軋機(jī)組兩臺直流電動機(jī)聯(lián)軸拖動系統(tǒng)的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：線材精軋；全數(shù)字直流調(diào)速；雙機(jī)聯(lián)軸拖動；應(yīng)用
新余鋼鐵公司線材廠（一線）45°無扭高速線材精軋機(jī)組由兩臺直流電動機(jī)聯(lián)軸拖動，該調(diào)速系統(tǒng)采用兩套SIEMENS全數(shù)字直流調(diào)速裝置SIEMOEG—K 6RA2425（以下簡稱6RA2425）主輔控制。兩套變流器由同一整流變壓器單獨(dú)供電，兩臺直流電動機(jī)的電樞回路由獨(dú)立的整流器供電，采用三相全控橋式（雙并晶閘管）電路，勵磁回路為獨(dú)立的兩相半控橋電路。通過改變主機(jī)的6RA2425的主給定，可實現(xiàn)兩臺電動機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。6RA2425實現(xiàn)非獨(dú)立勵磁控制的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)壓和調(diào)磁的調(diào)速系統(tǒng)，滿足精軋機(jī)組的調(diào)速要求。
1 電氣傳動及其控制系統(tǒng)的構(gòu)成
精軋機(jī)組的電氣傳動系統(tǒng)采用獨(dú)立的整流變壓器供電的兩臺直流電動機(jī)聯(lián)軸拖動。主機(jī)的6RA2425主控板的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出同時作為輔機(jī)6RA2425主控板的電流調(diào)節(jié)器的輸入，輔機(jī)勵磁設(shè)定也來自主機(jī)，轉(zhuǎn)速反饋信號只進(jìn)入主機(jī)的6RA2425主控板，兩臺電動機(jī)以相同的轉(zhuǎn)速聯(lián)軸拖動精軋機(jī)組，通過一個主給定，可調(diào)節(jié)兩臺電動機(jī)的電樞電壓和勵磁電流來實現(xiàn)兩電動機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。
1.1 主回路
1.1.1 整流變壓器
晶閘管變流裝置要求的交流供電電壓與電網(wǎng)電壓不一致，同時為了盡量減少電網(wǎng)與晶閘管變流裝置的相互干擾，要求交流與直流能夠隔離，而配用整流變壓器。[1] 整流變壓器型號ZS—4000/6，技術(shù)數(shù)據(jù)：額定容量4000/2×2000KVA，電壓等級6300±5%/660V，接線方式D.do—Y11。
1.1.2 直流電動機(jī)
兩臺直流電動機(jī)的型號均為ZD99/35，額定功率為1250KW，額定電樞電壓660V，額定電樞電流2010A，勵磁方式：他勵，額定勵磁電壓為220V/110V，額定勵磁電流41.8/20.9，額定轉(zhuǎn)速600/800 r/min。
1.1.3 大功率整流柜
兩套整流柜各由交流斷路器提供3AC660V50HZ電源電壓，十二只大功率晶閘管并聯(lián)組成三相全控橋式整流電路。帶有快熔保護(hù)、阻容吸收等保護(hù)，面板有快熔熔斷指示、接地指示等，整流柜直流側(cè)各裝有一個快速開關(guān)，嚴(yán)重過載和直流側(cè)短路時可保護(hù)晶閘管，晶閘管為KP型1650A/2600V。柜頂裝有軸流風(fēng)機(jī)，可保證整流柜的散熱。
1.2 6RA2425主控板
6RA2425主控板由高效的16位微處理器承擔(dān)電動機(jī)電樞和勵磁回路所有的調(diào)節(jié)和傳動控制，調(diào)節(jié)功能在軟件中通過參數(shù)構(gòu)成的程序塊實現(xiàn)。電樞部分采用改裝小容量6RA2425（60A）裝置主控板單象限運(yùn)行，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，經(jīng)整流柜中的專用脈沖功率放大板，為并聯(lián)的晶閘管提供穩(wěn)定可靠的觸發(fā)脈沖；勵磁部分采用6RA2425原裝置的勵磁回路，額定電源電壓2AC400V（+15%/-25%），額定電流25A，半控橋電路，可實現(xiàn)停機(jī)勵磁、滿磁、自動弱磁等功能，控制精度為電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速的0.1%（用模擬測速發(fā)電機(jī)作轉(zhuǎn)速反饋時）。
2 6RA2 425的控制原理
6RA2425全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)為非獨(dú)立勵磁的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)壓和調(diào)磁的調(diào)速系統(tǒng)。其原理框圖如圖1所示。
6RA2425電樞電壓控制回路包括：外環(huán)是轉(zhuǎn)速環(huán)，由轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，轉(zhuǎn)速模擬量給定Ugd、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR等組成；內(nèi)環(huán)是電流環(huán)，由電流負(fù)反饋（由電流檢測器BI檢測），電流調(diào)節(jié)器ACR等組成。其中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR，電流調(diào)節(jié)器ACＲ均為ＰＩ調(diào)節(jié)器，以獲得良好的動態(tài)響應(yīng)。實際主控板在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR之后有轉(zhuǎn)速限幅單元，用于弱磁時使最大轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速無關(guān)；在電流調(diào)節(jié)器ACR之后有電流限幅單元，用于保護(hù)整流裝置和電機(jī)。觸發(fā)控制單元1F形成與整流柜電源同步的晶閘管觸發(fā)脈沖。
非獨(dú)立勵磁電流控制也是一個雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，外環(huán)是電動勢環(huán)，由電動機(jī)反電勢運(yùn)算器1EY和2EY、電動勢給定信號UgE(滿磁給定)、電動勢調(diào)節(jié)器AER等組成，其中反電動勢運(yùn)算器1EY、2EY使得電動勢信號UEY正比于電樞電動勢EM；內(nèi)環(huán)是磁通環(huán)，由磁通調(diào)節(jié)器AφR、磁場模擬環(huán)節(jié)φM、磁化函數(shù)發(fā)生器GF等組成。通過磁場模擬環(huán)節(jié)φM，把勵磁電流轉(zhuǎn)換為產(chǎn)生磁通的磁化電流，再通過函數(shù)發(fā)生器GF把磁化電流轉(zhuǎn)換為磁通，從而獲得磁通環(huán)的反饋量——磁通。 [2] 觸發(fā)控制單元2F形成與勵磁回路電源同步的晶閘管觸發(fā)脈沖。
以上各個單元通過編程為軟件模塊實現(xiàn)，借助主控板右下方的基本操作區(qū)，可完成運(yùn)行要求的所有參數(shù)和調(diào)整以及實測值的顯示等。
3 雙機(jī)聯(lián)軸拖動控制
兩臺聯(lián)軸的直流電動機(jī)有兩套相對獨(dú)立的調(diào)速系統(tǒng)，但兩6RA2425主控板在控制上以靠近軋機(jī)的一臺電動機(jī)為主機(jī)，同軸聯(lián)接的另一臺電動機(jī)為輔機(jī)，形成主輔控制，其系統(tǒng)柜圖如圖2所示（圖中未畫出勵磁電路框圖）。
兩套系統(tǒng)只有一個主給定（電位器10K/2W），共用一個永磁式直流測速發(fā)電機(jī)（型號：CY01S 110V 0.21A 1000r/min），即測速反饋只進(jìn)入主機(jī)6RA2425的主控板，只有主系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器1ASR起作用，主機(jī)主控板的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器1ASR的輸出Ugi，同時也作為輔機(jī)主控板的電流調(diào)節(jié)器2ACR的輸入。主機(jī)輔機(jī)主控板的電流調(diào)節(jié)器1ACR、2ACR分別與主系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器1ASR形成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)節(jié)兩電動機(jī)的電樞電壓。速度調(diào)節(jié)器是由主系統(tǒng)完成，由于只有一個轉(zhuǎn)速環(huán)，可以避免二套控制系統(tǒng)在速度環(huán)上產(chǎn)生差異的問題。主輔兩系統(tǒng)的電流環(huán)的設(shè)定值相同，即可實現(xiàn)類似一套調(diào)速系統(tǒng)拖動兩臺聯(lián)軸的電動機(jī)的功能，以保證兩電動機(jī)均分負(fù)荷且轉(zhuǎn)速一致。
輔機(jī)6RA2425主控板上的勵磁設(shè)定值來自主機(jī)6RA2425主控板電動勢設(shè)定值UgE（滿磁給定），主機(jī)輔機(jī)主控板上的各反電勢調(diào)節(jié)器AER比較反電勢的給定值和反饋值，產(chǎn)生勵磁磁通調(diào)節(jié)器AφR的給定值，從而可實現(xiàn)與反電勢相關(guān)的弱磁調(diào)節(jié)，保證兩電動機(jī)的勵磁電流基本一致。
4 實際應(yīng)用應(yīng)注意的問題
4.1 主控板的擴(kuò)容 [3]
因精軋電動機(jī)的電樞額定電壓為660V，勵磁額定電流為20.9A，額定轉(zhuǎn)速為800r/min左右，而采用的是小容量的6RA2425主控板，其額定直流電壓為600V，額定直流電流為60A，故需對6RA2425主控板進(jìn)行擴(kuò)容，具體措施就是調(diào)整電樞回路的負(fù)載電阻和勵磁回路的分流電阻，使反饋回主控板的各電壓值滿足控制要求，主控板的功率也就相對擴(kuò)大了。
4.2 電流反饋信號的極性
系統(tǒng)調(diào)試時，按使用手冊相關(guān)規(guī)定設(shè)定好參數(shù)，斷開直流側(cè)快速開關(guān)，以三個串聯(lián)的500W/220V燈泡做假負(fù)載試驗，加一點(diǎn)給定后，觀察各脈沖指示燈的亮度，用示波器查看各觸發(fā)脈沖的波形，若觸發(fā)脈沖的幅度、寬度、間隔均一致且一個周期脈沖數(shù)正確，符合要求后，再用示波器分別查看電壓表、電流表兩端的波形，如為均勻的魚鱗狀波形，可判斷電流反饋的極性正確，否則需反接。一旦出現(xiàn)異常情況要及時停機(jī)，排除故障后再試機(jī)。按此方法確定電樞、勵磁電壓均符合要求后，可帶電機(jī)試運(yùn)行。
4.3 兩電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的一致
選擇單機(jī)（主機(jī)）運(yùn)行，加一點(diǎn)給定，查看主電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向是否符合軋機(jī)要求的方向，若方向相反，可改變主機(jī)的勵磁電流方向；若加一點(diǎn)給定后，電動機(jī)轉(zhuǎn)速快速上升電樞電流很大，則轉(zhuǎn)速反饋極性接反，要反接。在主機(jī)旋轉(zhuǎn)方向正確后，再做雙機(jī)運(yùn)行試驗，加一點(diǎn)給定后，若輔機(jī)電樞電壓很低，電樞電流很大，則輔機(jī)與主機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不一致，快速停機(jī)后，改變輔機(jī)的勵磁電流方向，重新開機(jī)后，可看到兩電動機(jī)電樞電壓、電樞電流、勵磁電流大小基本一致，兩電動機(jī)均分負(fù)荷，轉(zhuǎn)速相同。
5 小結(jié)
6RA2425全數(shù)字直流調(diào)速裝置將傳統(tǒng)的各種模擬調(diào)節(jié)單元用數(shù)字軟件實現(xiàn)，通過16位微處理器控制，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)壓和調(diào)磁的調(diào)速系統(tǒng)，具有體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，參數(shù)設(shè)定方便，監(jiān)控及故障診斷均可顯示等功能。
在兩直流電動機(jī)聯(lián)軸拖動的直流調(diào)速系統(tǒng)中，采用主輔式控制，共用主機(jī)的速度調(diào)節(jié)器及轉(zhuǎn)速反饋，類似兩臺電動機(jī)共用一套調(diào)速控制系統(tǒng)，使聯(lián)軸的兩臺電動機(jī)在動態(tài)過程中轉(zhuǎn)速相同，負(fù)荷均分，電流電壓基本一致，滿足精軋機(jī)的負(fù)荷及調(diào)速要求。
參考文獻(xiàn)
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英文題目：Complete Numerical DC Speed Regulator Used in Wire Finishing Rolling Machine of Axle Joint’s Double Motors Drive Control System.
摘要：Abstract：This paper introduces electrical system of wire finishing rolling machine in Xinyu Iron & Steel Co.,Ltd., the paper also describes the control principle of SIEMENS 6RA2425complete numerical DC speed regulator and its application in axle joint’s double motors drive control system.
關(guān)鍵詞：Key Words: wire finshing rolling;complete numerical DC speeder;axle joint’s double motors drive;application.
