现代轧钢生产中变频调速传动技术的应用

曾虎军

（江阴市兴澄特种钢铁有限公司，江阴214432）



现代轧钢生产中变频调速传动技术的应用

曾虎军

（江阴市兴澄特种钢铁有限公司，江阴214432）

摘要：钢铁是现代化社会生产生活的必备品。因为作用需求不同，使用过程中需要对钢坯进行压力加工，使其能够达到不同功用的要求，而这个压力加工的过程即轧钢。轧钢是钢铁生产体系中的一个重要环节。在轧钢生产中，技术的先进与否决定了轧钢生产的质量和效率。而在目前的轧钢生产中，普遍使用变频调速传动技术。本文主要探讨现代轧钢生产中变频调速传动技术的应用。

关键词：轧钢生产变频调速传动技术

现代社会中，钢材已经成为不可或缺的材料。建筑工程中，钢筋混凝土结构需要一定规格的钢筋来提升建筑的质量；桥梁工程中，需要钢筋来增加桥梁的稳定性，而钢架结构的大桥的稳定性高主要就得益于钢架；工业生产中，尤其是大型机械制造中，钢材更是发挥着不能替代的作用。一方面钢材是机械生产的重要原料，另一方面钢材为机械的硬度、性能等方面提供了保障。总而言之，钢材在目前的社会生产生活中扮演的角色非常重要，而钢铁工业也是国家大力发展的重工业，所以提升轧钢的生产技术，无论是对工业生产还是对社会生产，都具有积极的意义。

1 轧钢主机的分类

随着我国工业的不断发展，人们对轧钢的要求也越来越高。在不断提高要求的过程中，轧钢设备在传统基础上发生了重大变化。目前，我国的轧钢设备越来越趋向于大型化、自动化、高速化和连续化。加之网络科技在轧钢技术中的应用，我国的轧钢技术也在不断地更新改变。就目前的情况而言，用于轧钢生产的轧钢主机主要包括三类：低速可逆类、中高速不可逆类和中高速可逆型。

（1）低速可逆类。低速可逆类型的轧钢主机在实践生产中具有比较广泛的应用基础。此类型的轧钢主机主要包括三个重要类型，分别是开坯初轧机、板坯初轧机和中厚板轧机。此类型的轧钢主机在运行过程中有个特点，即必须要结合钢材的实际情况来进行控制。此外，在轧钢主机的生产过程中，一方面要保证轧钢主机的运行范围，另一方面还要时时对轧钢的运动形态进行观察。总体而言，低速可逆类型的轧钢主机在生产过程中的控制追求实效化。

（2）中高速不可逆类。中高速不可逆类型的轧钢主机也是轧钢主机中的重要主体。此类轧钢主机也具有三个重要类型，分别是带钢热逆轧机、热冷两扎和冷逆轧机。此类型的轧钢主机最大的优势就是自动化程度较高，主要是因为该类型的轧钢主机在运行过程中，自身能够积极响应主机系统发出的命令，从而对轧钢精度做到严格控制。此外，此类型的轧钢主机拥有的调速范围较广。总体而言，中高速不可逆类型的轧钢主机在实践生产中具有更大的优势地位。

（3）中高速可逆型。中高速可逆性轧钢主机在轧钢的实践生产中发挥着重要作用。此类型的轧钢主体主要包括单组架可逆冷轧类型。实际运行中，此类型的轧钢主机拥有更高的自动化能力，不仅具备非常大的调速范围，而且可以在第一时间内响应主体系统发生的号令。从综合效益而言，中高速可逆性的轧钢主机具备更高的应用价值。

2 轧钢主机的传动方案

轧钢主机的运行需要必需的传动，而传统的传动方案已经远远不能满足目前轧钢主机的传动。随着科学技术的进步，轧钢主机的传动方案不断进行了调整。就目前的调整情况来看，主要运行的方案有两种：“交—交”变频方案和“交—直—交”三电平PWM变频方案。

（1）“交—交”变频方案.该方案采用低速大功率电机来驱动低速轧机。此变频方案在运行的时候，必须要有同步机配合使用。当然，在条件允许的情况下，配合异步机使用也可以。此种变频方案针对的主要是直接变频的可控硅并联交流结构。为了推动整个运行活动的进行，电机需要使用无环流的接入方式，利用设备的内在结构，实现对交流电压的控制。在运行过程中，只需要配置相应的无功补偿措施，便可以保证轧钢主机的正常运行。从运行实际情况来看，“交—交”变频方案的显著优势就是设备运行较快、控制范围较广，而且能够利用一定的操作对设备运行速度进行控制。但是，此种变频方案也存在三方面的缺陷：首先，对无功补偿装置和滤波装置的要求较高；其次，对电缆工程的要求也有相应的提高，一定程度上增加了运行的成本；最后，此种变频方案的用地面积较大。

（2）“交—直—交”三电平PWM变频方案.“交—直—交”三电平PWM变频方案是重要的轧钢主机传动方案。在这个方案中，运行的核心之处在于，当关断电力电子器件的时候，整流器和逆变器的结构构成具有一致性，其形成的主回路结构比较简单。在三电平PWM变频方案的实际使用过程中，使用规格一般都是按照元件的具体使用情况进行确定。在条件允许的情况下，PWM的载波频率可由操作人员进行适当降低，以此达到降低整个开关损耗的目的。此种变频方案的突出优势在于可以不受谐波的影响。之所以有此优势，主要原因是“交—直—交”三电平PWM变频方案所使用的是高阻抗输入的变压器。这种变压器的好处就是能够将无功控制的使用功率因素控制到1左右。此外，在此种方案中的容量配置中，由GTO或GCT原件作为4MW以上电机采用的超大功率基础。此种方案虽然具有很大优势，但是其自身的结构比较复杂，设备的维修和更换都存在着巨大难度。所以，此方案在国内的实际生产中应用非常少。

3 变频传动系统的控制技术

在轧钢生产中，变频传动系统发挥着非常重要的作用。而在变频调控传动技术运行的整体过程中，对整个系统进行科学有效的控制，会对轧钢主机的实际运行情况产生直接影响。而变频调控传动技术主要包括三个方面：矢量控制、直接力矩控制和改善系统特性控制技术。

（1）矢量控制。矢量控制是最为常用的变频调控传动技术之一。在变频调度交流电机的使用过程中，进行操作调度的人员必须严格按照《使用说明》来进行独立控制的操作。只有这样，才能保证将矢量控制的优势发挥到最大。矢量控制的基本思想是通过交流电机的数学模型，构造和求解变量与参数之间的关系，从而实现对整个设备运行过程中所产生的变量当做矢量来进行控制，由此完成整个力矩的控制。在矢量控制进行输出后，需要将电流控制调整为闭环模式，这样才能保证设备的正常化运转。另外，在进行对整个速度闭环的控制中，必须要由操作人员利用磁通进行控制。就目前的变频传动系统控制而言，矢量控制被广泛应用的主要原因在于，其具有运行方便、操作简单的突出特点。

（2）直接力矩控制。直接力矩控制是目前一种比较新的变频控制方式。这种控制方式具有控制的目的的根源主要在于，它对定子的空间坐标系中分析出了电动机的数字模型，对定子磁链的辅值及其矢量相对于转子磁链的夹角进行了直接控制。在实际应用中发现，传统的操作控制方式已经满足不了轧钢主机的运行需要。而这种直接力矩控制通过自身两点式的控制，可以有效将转矩波动控制在一定范围内。简单而言，直接力矩控制一方面可以保证轧钢主机的运行质量，另一方面又可以实现经济效益。轧钢生产是由钢铁企业来进行。所以，为了降低企业成本投入，提高企业的经济效益，往往需要在各个生产环节牢牢控制产出。直接力矩控制的变频控制方式能够帮助企业实现经济效益，所以在目前的控制技术中广受欢迎。

（3）改善系统特性控制技术。改善系统特性技术也是控制技术的重要形式。这种控制技术是质量控制和直接力矩控制的补充和完善。在这种控制技术体系中，主要是要求操作人员要根据各自的特点和轧钢主机的运行环境进行针对性的调整控制。此种控制技术在两种控制方案中都得到了应用。在“交—交”变频方案中，主要是利用环流轧钢主机变频调速传动技术来进行改善控制；而在“交—直—交”三电平PWM变频控制方案中，不仅要进行整流器输入交流电的控制，还要进行整流器的矢量控制。就综合情况而言，改善系统特性控制技术由于是对矢量控制和直接力矩控制的补充和完善，所以其使用的条件限制比较多，一般都是在上述两种控制技术使用的环境发生改变而不能满足实际需求的时候，此种控制技术才会派上用场。目前，虽然此技术只是一种补充和完善，运行条件也有限制，但是其作用效果却不容忽视。

4 轧机的变频主电机特点

轧机的变频主电机在整个轧钢生产中具有重要地位，而其本身也具有非常显著的特点。首先，在主电机的日常运行中，针对轧钢主机变频过程的需要，要利用电机容量中的同步机。这是因为同步机要比异步机小，在体积和质量方面占据着绝对优势。其次，在轧机的变频主电机运行的过程中，同步机的运行是以整体情况进行的，而同步机的定子由于大部分呈现出分瓣的结构，刚性相比会有所下降，所以在运行的时候，需要工作人员在工作现场安装相应的电阻进行绝缘处理。另外，需要注意的是，在同步机的运行过程中，要避免其与电磁的接触。最后，当同步机进行变频工作的时候，必须要考虑两方面的因素：一方面是实际容量问题，另一方面是实际机械程度与设备的结合。轧机的变频主电机是整个轧钢生产环节中的重要部分，所以要充分了解其特点，在其特点的基础上进行变频调整和控制，才能更好地实现轧钢的安全生产和高效率生产。

5 结束语

轧钢生产对我国工业的发展和社会经济发展具有重要意义。而在轧钢生产过程中，利用变频调控传动技术，一方面可以实现生产的安全性，另一方面能够保证生产的效率性。所以，为了建设更高效率的轧钢生产工程，必须要对变频调控传动技术进行深入分析，在了解其原理和特点的基础上，进行改进和完善，这对轧钢生产而言具有重要价值。

参考文献

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Discussion on Application of Variable Frequency Speed Regulation Transmission Technology in Modern Steel Rolling Production

ZENG Hujun
（Jiangyin Xingcheng Special Steel Co. Ltd, Jiangyin 214432）

Abstract:Steel is the essential product of modern social production and life, in the present social construction, steel is an engineering material, and in the industrial production, steel is not a substitute for industrial raw materials. Because the role of different needs, so in the process of the need for steel billet processing, so that it can meet the requirements of different functions, and this process is called the pressure of steel rolling. The current industrial system, around the steel has formed a complete system of steel production, steel rolling is an important part of the steel production system. In the steel rolling production, technology advanced and determines the quality and efficiency of rolling production, and in the steel rolling production, the widespread use of a variable speed drive technology, this technology use is of positive significance for the production of steel rolling, the main is in modern steel rolling production in the application of variable frequency adjustable speed drive technology discussion.

Key words:steel rolling production, variable frequency speed regulation transmission technology, application