慕尼黑上海电子展

慕尼黑上海电子展演讲者:熊奠南2009.3轧钢主机变频调速传动技术综述THETECHNOLOGYOVERVIEWOFINVERTERSYSTEMSUSEDFORMAINDRIVEOFSTEELMILL熊奠南（上海宝钢宝信软件股份有限公司）2009.31、轧钢主机设备与运行特点1、轧钢主机设备与运行特点1、轧钢主机设备与运行特点典型的低速可逆轧机——板坯粗轧机功率：3000～10000KW速度：0～60～120r/min特性：调速范围：1：30以上频繁工作：600次/h以上起制动：（1～1.5）s正反转：（2～3）s轧制节奏：15道次/min1、轧钢主机设备与运行特点典型的高速不可逆轧机——带钢冷连轧机功率：2000～6000KW速度：0～1000r/min特性：调速范围：1：100以上调速精度：±0.01%力矩扰动动态精度：0.3%s轧制速度：40m/s2、主传动方案高一般低造价简练最复杂一般成套结构0(11,13)nf及旁谱(23,25)nf(11,13)nf(23,25)nf谐波～10.6，0.95（带补偿）0.72电源cosΦ0.5%00转矩脉动0.3%s0.3%s0.5%s动态误差800rad/s600rad/s100rad/s转矩响应80rad/s60rad/s20～30rad/s速度响应0～100%0～100%0～100%调速范围0～50/60Hz～100/120Hz（0～1/3～1/2）fn变频范围V/CDTCV/CASR+ACR控制方式同步机、异步机同步机、异步机直流电动机电机IGCT12×2THY72ARMTHY24ARM元件图③图②图①主回路A-D-A3LEVELPWMCYCLCONVERTER(A-A)THY-DCM方案注：图①、②、③在下页2、主传动方案图①图②图③3、大功率电力电子器件THY晶闸管元件可关断元件一般4000V/1500A最大6000V/2500AGTO——GateTurn-offThyristor门极可关断晶闸管IGCT——IntegratedGateCommutatedGTO集成门极换向可关断晶闸管IEGT——InjectionEnhancedIGBT注入增强栅IGBTHV—IGBT高压IGBT规格:一般4.5KV/4000A(4inch)最大6KV/6000A(6inch)4、控制z转矩响应时间1～5msz转矩脉动相对大z开关频率随转速变化z低速时磁链观测问题z转矩响应时间5msz转矩脉动小z开关频率固定z电机参数变动有影响特性z直接控制转矩z二点式滞环控制产生信号实现逆变器开关最佳控制z控制转矩分量、磁通分量z合成矢量控制信号以生成PWM控制策略z取定子磁链分析模型z不解耦z矢量变换z取转子磁链定向分析模型z在磁通轴、转矩轴解耦电动机模型分析DTC直接力矩控制V/C矢量控制矢量控制与直接力矩控制4、控制矢量控制与直接力矩控制对策问题¾对象参数变动不确定性（例：异步机R2变动，惯量变化，磁链运算）¾齿轮间隙的非线性¾转矩扰动稳定性问题¾自适应（Adaptive)控制‹STC自校正调整器‹MRAC模型参考自适应控制‹SMC滑模控制¾负荷观测器，状态反馈¾神经元网络5、轧钢主电机同步机与异步机的比较5000KW以下釆用5000KW以上釆用应用功率选择异步机矢量控制同步机矢量控制矢量控制模型z铜条端环无绝缘，简单笼形结构—抗热冲击好，无刷免维护，结构坚固z一般用接触性电刷供励磁，电刷有寿命和维护问题z隐极多用于高速电机，凸极多用于低速电机转子结构小(2~3mm)较大(8~10mm)空隙安装复杂分瓣结构安装相对容易整体结构定子结构相对大小体积重量相对大小GD2相对大小配套变频装置与输入变压器容量87.8%98%η0.6~0.71COSΦ异步机同步机变频电机课题：耐过载冲击振动、基频选择、谐波、dvdt、轴电流、参数合理设计。6、轧钢主传动系统宝钢（宝钢分公司）¾交-交变频的应用引进16交-交变频16同步机共计2004年西门子2SIMOVERT-MD2同步机1250KW厚板厂立辊52000年西门子2SIMOVERTD型2同步机2Х10000KW厚板厂精轧上、下辊42002年西门子1SIMOVERTD型1同步机12000KW2050热轧F2精轧机31993年西门子10SIMOVERTD型10同步机2000KWХ2Х51420冷轧F1～F521988年西门子1SIMOVERTD型1同步机9000KW2050热轧R3粗轧机1型式台数功率投运时间供货厂商变频装置电动机应用设备序号¾交-直-交三电平变频的应用（宝钢分公司）6、轧钢主传动系统引进46台46台共计1HIVECTOL-VSI-MH型1同步机2500KW五冷轧卷取2008年日立1HIVECTOL-VSI-MH型1同步机4500KW五冷轧厂单机架4同步机6500KW2008年西门子5SM-1501同步机4500KW五冷轧厂F1～F5连轧51TMDRIVE-70型（IEGT元件）1异步机2500KW1880热轧飞剪CS2同步机9000KW7TMDRIVE-70型（IEGT元件）5同步机10000KW1880热轧F1～F7精轧1TMDRIVE-70型（IEGT元件）1异步机3300KW1880热轧SP侧压2TMDRIVE-70型（IEGT元件）2同步机2Х9000KW1880热轧R2粗轧上、下辊2007年TMEIC（东芝-三菱）2TMDRIVE-70型（IEGT元件）2同步机2Х2500KW1880热轧R1粗轧上、下辊42HIVECTOL-VSI-MH型（IGBT元件）2同步机2650KW宝日汽车板卷取机2台2003年5HIVECTOL-VSI-MH型（IGBT元件）5同步机4000～5750KW宝日汽车板F1～F5冷轧32000年日立10HIVECTOL-VSI-M型（IGBT元件）10异步机2200KWХ2Х51550冷轧F1～F5连轧27MELVEC-30007同步机7500KW1580热精粗轧F1～F51996年三菱2MELVEC-3000型2同步机7000KW1580热轧粗轧上、下辊1台数型式台数功率投运时间供货厂商变频装置电动机应用设备序号共计62套系统：交-交变频16套;交-直-交变频46套6、轧钢主传动系统交-直-交三电平PWM变频传动系统变流拓扑结构三电平变频波形6、轧钢主传动系统逆变单元矢量控制6、轧钢主传动系统整流单元，cosΦ矢量控制6、轧钢主传动系统7、Siemens大功率交-直-交三电平变频产品（SM150）SM150主回路配置（变频装置并联）SM150主回路配置（共用直流母线供多台逆变单元与电动机）7、Siemens大功率交-直-交三电平变频产品（SM150）SM150基本规格975L/min650L/min325L/min水冷流量16300Х2540Х160011200Х2540Х16006100Х2540Х1600外形尺寸（宽Х高Х深）98.9%99%99%效率3.3KV3.3KV3.3KV输入电压3Х1750A2Х1750A1850A20S过载电流3Х1630A2Х1660A1750A额定输出电流3.3KV3.3KV3.3KV输出电压28000KVA19000KVA10000KVA额定容量型号6SL3845-SM1507、Siemens大功率交-直-交三电平变频产品（SM150）SM150技术性能可控为1可控为1可控为1输入电源CosФ控制5ms5ms10ms动态力矩上升时间±2%±5%±5%稳态力矩精度（在5%额定速度时）±0.01%±0.01%±0.2%稳态速度精度（在5%额定速度时）1:41:31:3弱磁范围90Hz250Hz250Hz最大输出频率0%（变频电机速度）0%（额定电机速度）5%（额定电机速度）速度控制范围低限带速度传感器带速度传感器不带速度传感器传感器应用于同步机应用于异步机控制方式7、Siemens大功率交-直-交三电平变频产品（SM150）8、结语复杂、综合性技术工程的论证、评估轧钢工艺、电力电子器件、变流技术、微机数字化控制、控制理论、电机仿真、电机电器制造。工程相关（设计、施工）生产相关（运行、维护）供货相关（开发、制造）系统配置合理性技术性能先进性工程投资可行性系统的选择条件：RAS性能Reliability可靠性Availability可用性Serviceability可维修性8、结语比较：装备能力：规格、设备的配置使用功能：操作、监视、通信、维修、装配运行能力：响应、精度、稳定性、谐波、转矩脉动经济效能：功率因数、综合效率质量寿命：工艺、标验、试验、标准谢谢！