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大功率交流變頻裝置在宣鋼高線精軋機組上的應(yīng)用 
 
宣鋼高速線材工程由北京首鋼設(shè)計院總承包。該工程在電氣自動化設(shè)計中采用了多項新技術(shù)，其中有： 

（1）整個軋線采用兩級計算機控制、過程控制級完成全線速度設(shè)定，軋制程序的儲存、全線軋件跟蹤、打印報表等；基礎(chǔ)自動化級完成全線速度級聯(lián)控制，粗、中軋微張力控制，飛剪的剪切控制，活套控制等，整個軋線自動化水平高，達(dá)到了同類軋機國內(nèi)先進(jìn)水平。 

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

（3）為消除直流傳動非線性負(fù)載產(chǎn)生的高次諧波對電網(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)到了國家電網(wǎng)和地方供電局對高次諧波的治理標(biāo)準(zhǔn)。 

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

工藝概況 

設(shè)計規(guī)模：年產(chǎn)35萬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：精軋機最高設(shè)計速度113m/s，保證速度85m/s（φ5.5mm）精軋機采用頂交型新型軋機。 

工藝要求精軋機驅(qū)動電機的速度快，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)的直流傳動是很難實現(xiàn)的。 

對精軋驅(qū)動電機的技術(shù)要求及技術(shù)參數(shù) 

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

1 技術(shù)要求 

1） 對過載倍數(shù)的要求 

要求電機在1.1倍額定負(fù)載狀態(tài)下長期運行。在周期內(nèi)等效負(fù)載不超過額定負(fù)載時1.6Pn運行15s，間隔時間15min。 

2） 時電機直軸超瞬變電抗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，型號為SIMOVERTS，為了保證變流系統(tǒng)對晶閘管換向的可靠性要求，西門子公司提出與LCI的配套電機必須滿足X"d≤13.03%（50Hz時標(biāo)么值）；每相換向電抗Xcm = 0.6X"d ≤ 7.818%（50Hz時標(biāo)么值）而且由西門子公司派技術(shù)人員到廠家試驗驗收。 

3） 對機械特性和性能的要求 

要求電機從傳動端看電機的旋轉(zhuǎn)方向為順時針方向，允許反向點動；電機旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動慣量為滿足調(diào)速動態(tài)性能的要求，其GD2不大于3.5tm2；電機旋轉(zhuǎn)部件能承受最高轉(zhuǎn)速（1500r/min） 1.2倍的過速運行2min，而不產(chǎn)生有害變形和損壞。 

4） 對定子絕緣的要求 

由于對電機供電的裝置是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，使電機絕緣承受電壓超過額定值，因此要求電機定子繞組絕緣按工作電壓6000V設(shè)計，按6000V級考核。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，所以要求電機除加強對地絕緣外，還要加強匝間絕緣。 

5） 對電機采用阻尼繞組的要求 

對于采用LCI供電的調(diào)速同步電動機來講增設(shè)阻尼繞組可減少換流重疊角，加速換向過程，提高動態(tài)響應(yīng)的品質(zhì)，所以要求本電機采用全阻尼繞組結(jié)構(gòu)。從交直交電流型變頻器供電的同步電動機運行機理上分析，電機是長期工作在兩相通電，兩相短路的交替工作狀態(tài)，電機換流時相當(dāng)于兩相突然短路，對應(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)的動態(tài)品質(zhì)。 

6） 梯形波電流供電對電機結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求 

由于LCI的電流輸出彼形為梯形波，電動機中除基波外還存在一系列的奇次諧波對電機影響較大，使電機產(chǎn)生振動、噪聲及附加損耗，因此電機結(jié)構(gòu)設(shè)計要求采用雙繞組且在定子空間上相互錯開30°電氣角。即把每對極下的電樞表面從原來的三相對稱繞組的6個相帶改為12個相帶，每個相帶的空間距離由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，有效地克服電機電磁轉(zhuǎn)矩的脈動，使電機效率大大提高。 

7） 對軋鋼過程中電機轉(zhuǎn)子軸向竄動的要 

電機在軋鋼過程中，難免會產(chǎn)生軸向推力，要求電機設(shè)計時采取相應(yīng)防范措施。對本電機要求：一是在軸承端面澆有鎢金并開有儲油槽對產(chǎn)生的推力起阻尼作用，二是軸瓦與軸肩的間隙保證轉(zhuǎn)子軸向竄動不大于士2mm。 

8） 對電機外形尺寸的要求 

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

9） 對電機溫度的要求 

電機在額定負(fù)載時<80k； 1.1倍額定負(fù)載時≤105k，要求在電機定子、軸承、進(jìn)出風(fēng)口、進(jìn)出水口均埋有三線制PT100檢測元件。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) 

電機技術(shù)參數(shù)如下： 

電機型號：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） 
勵磁方式：有刷勵磁 
勵磁電壓：54.6V （1000 r/min） 
50.2V （1500 r/min） 
勵磁電流：313.9A （1000 r/min） 
288.9A （1500 r/min） 
1.6PN時勵磁電壓： 
81.2V （1000 r/min） 
75.5V （1500 r/min） 
1.6PN時勵磁電流： 
467.3A （1000 r/min） 
434.2A （1500 r/min） 
1.6PN時定子電流： 
1153.8A （1000 r/min） 
1145A （1500 r/min） 

防護(hù)等級：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