交流传动在宝钢的应用概况
1 引言
众所周知，直流调速系统控制稳定，精度高，动态响应快;但直流调速也存在致命的弱点，整流子需要换向。过高的dv/dt限制了换向速度，直流电机的电压不可能高，所以直流电机的体积比较大;需要定期保养与维护，不能工作在潮湿与腐蚀及高粉尘的环境。交流电机可以工作在任何场所，维护量小，体积小。随着矢量控制理论及自适应控制理论的提出与完善，以及功率器件、集成芯片的快速发展，如MOSFET、GTR、IGBT、GTO、IEGT、IGCT的功率器件的出现，容量大、开关频率高，交流调速得到飞跃的发展。无论从控制精度，系统的动态响应等，交流调速都可以达到甚至超过直流调速。
2 宝钢一期工程
宝钢一期工程主要有原料、焦化、烧结、炼铁、炼钢、初轧、钢管。主要传动系统如码头卸船机采用直流发电机-电动机组进行调速;初轧5500kW的轧机机及钢管连轧机、穿孔机均采用可控硅直流调速系统;一些重要传动设备如烧结机、炼钢转炉氧枪、倾动等设备均采用直流调速系统。部分设备采用交流滑差调速或可控硅调压调速;极少数设备采用交流变频调速，如高炉鼓风机48000kW电机，由于电机容量大，如直接启动对电网冲击大，采用交-直-交电流型利用负载换流的变频启动装置调速。
3 宝钢二期工程
宝钢二期工程主要有烧结、炼铁、炼钢、2050热轧及2030 冷轧主要传动设备均采用直流调速系统，全部采用模拟控制。但部分设备已开始采用交流变频调速，如烧结机采用VVVF开环控制，采用GTR作为功率器件;高炉除尘风机采用交-直-交电流型变频启动装置驱动，采用可控硅作为功率器件;烧结7800kW的同步电机也利用负载换流的交-直-交电流型变频启动装置;2030冷轧主传动全部采用直流传动;2050热轧，除了R3粗轧机采用西门子公司的交-交变频外，其余轧机全部采用直流传动。由于热轧精轧机容量大，为了减小机组的转动惯量，采用两台5000kW直流电机同轴连接，来满足轧机的容量。
4 宝钢三期工程
三期工程主要有烧结、炼铁、炼钢、电炉、1580热轧及1420冷轧、1550冷轧，主要传动设备均采用交流调速，采用数字控制。宝钢三期后项目及部分改造项目中，主要传动设备也均采用交流传动。如2001年对2050热轧F2进行交流化扩容改造，采用一台12000kW的同步电动机，取代原来的2台5000kW的直流电机，改造比较成功。此外，部分行车也采用交流变频调速装置。
三期高速线材厂精轧主轧机采用利用负载换流的交-直-交电流型变频器，其余轧机全部采用ABB公司ACS600系列直接转矩控制。三期炼钢厂除了转炉氧枪、副枪、倾动属于位能性负载，选用直流传动装置外，其余转炉、连铸、电炉等辅助传动装置共300多台电动机，均采用变频调速，如西门子MASTERDRIVE 6SE70系列变频器及安川VS616系列变频器。
1580热轧主要参数见表1，
采用双交叉辊轧机(PC轧机)，该轧机对板型控制极佳，通过变更成队辊交叉角度可任意改变轧辊辊缝曲线。主轧机采用三电平交-直-交电压型矢量控制变频器，电机为同步凸极电机，整流器、逆变器均采用PWM控制，可以提高电网与电机侧的功率因数，减少谐波，省去庞大的无功补偿装置。采用6000V、6000A GTO作为功率器件，中间回路直流电压为DC6000V，额定输出电压为AC3300V。辅助传动200多台传动装置采用二电平交-直-交电压型矢量控制变频器，电机为变频电机。
宝钢1420冷轧主要电机参数见表2，包括酸轧-轧机联合机组、连续退火机组、电镀锡机组、准备机组、横切机组、纵切机组。主轧机电机为同步隐极电机，采用交-交变频调速，功率器件是可控硅，价格便宜;缺点是无功冲击大，谐波大，变频装置输出频率低，增加功补偿装置。辅助400多台传动装置采用二电平交-直-交电压型矢量控制变频器，电机为异步变频电机。
1550冷轧主要电机参数见表3，包括酸轧-轧机联合机组、连续退火机组、电镀锌机组、横切机组、纵切机组、平整机组。主轧机为异步电机，采用日立HIVECTOL-VSI-M交-直-交电压型变频器，整流器、逆变器均采用三电平PWM控制，提高电网与电机侧的功率因数，减少谐波，中间回路直流电压为DC1200V，额定输出电压为AC760V。辅助400多台传动装置采用二电平交-直-交电压型矢量控制变频器，电机为异步变频电机。
交流调速也带来一系列新问题，(1)增加了电网的无功损耗与线路压降;(2)引起电网的谐波损耗，导致电压畸变，需要进行动态无功补偿;(3)谐波电流在传输线路上将引起传导与射频干扰，对电子仪器、继电器、通信线路等谐波干扰，造成继电保护误动作，以及造成计算机莫名其妙的“死机”，即EMC(电磁兼容)问题。我们在这方面的教训太深刻了;(4)谐波对旋转电机的影响主要是引起附加损耗与过热，其次是产生机械振动、噪声和谐波过电压，PWM脉冲波严重影响电机的绝缘，产生轴电流，造成轴承的点蚀，缩短电机的寿命，会损坏电机。
5 总结
宝钢的发展，见证了传动设备的发展趋势。随着交流调速系统的完善，交流传动正逐步取代直流传动，而且正向高精度、低谐波的方向发展。
参考文献
[1] 佟纯厚. 近代交流调速[M]. 北京:冶金工业出版社，1990.
[2] 王兆安,杨君等. 谐波抑制和无功功率补偿[M]. 北京:机械工业出版社，1996.
作者简介
黄志刚 硕士 电气工程师 现在宝钢股份公司设备部电气试验室从事传动技术工作。
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