集中整流/单体逆变方式下变频器传动系统
1 引言
安钢高速线材机组是安钢“九五”规划中结构调整的重点工程，于2001年7月30日建成投产。该机组由30架轧机构成，广泛采用了国内外先进技术和选进设备，设计最大速度140m/s，最大轧制速度120m/s，保证轧制速度112m/s，属当前国际领先水平。
该机组电控系统采用了二级计算机控制，广泛采用西门子技术和设备，可实现全线自动化。该系统包括电气传动及检测仪表、基础自动化、过程自动化三级控制，其中电气传动系统采用全数字、全网络化控制方案，直流传动采用6RA70系列变流器、交流传动采用6SE70系列变频器。
安钢高线高速轧制区，成品出口处分别采用了两套DC母线下的6SE70变频器多机交流传动系统。下面以成品出口区交流传动系统为例，分析该类传动系统。
2 成品出口区功能描述
出口区包括12段斯太尔摩(STM)冷却运输机、集卷筒、线卷运输车、钩式运输机等设备。
吐丝机输送线卷到STM运输机上，运输机由12个不同的辊道组驱动，速度是CLIP前向的，这样线卷将不会重叠在一个固定点，避免坯料有划痕。
STM运输机运输线卷到集卷筒上，在此集卷成一完整形状的线卷。集卷完毕后，线卷托盘将下降到双臂芯棒，内芯与由下降，芯棒将旋转并将其移到运卷小车，运卷小车将线卷移到C形钩下。线环分配器负责布卷均匀。
3 成品出口区设备运作特点
该区设备呈群体结构，设备多、运动形式复杂多样，但该区设备在动作时有明显特点。设备动作时具有明显顺次顺序，一般不会同时处于制动状态，STM辊道为满足工艺要求，调速频次较高，且有前向、点动、爬行、前后摆动、快速制动等动作要求。双臂芯棒的旋转，内芯轴的升降，线卷托盘、线卷运输车的动作都要求高频率正/反向运动，并在运动过程中伴随有高质量加/减速，快速启/制动等要求。
4 传动方案的选择
该区设备是一种多电动机群体传动系统，STM辊道由12台15kW电动机传动，双臂芯棒的旋转，线卷运输车各由一台30kW电机驱动，线卷托盘升降由一台45kW电机驱动，线环分配器、内芯轴升降分别由一台5.5kW、7.5kW电机驱动，每台电动机都要由一台变频器单独传动，其中每台电动机既可以单独处于电动状态，又可以单独处于制动状态，还可以单独调速，这是由生产工艺决定的。
如果采用通用单体变频器进行传动时，必须考虑再生能量的处理，否则会对变频器半导体和电容器安全构成威胁，所以须对每台电动机采用标准的制动单元进行再生能量的处理，这样一方面加大了设备的投资，一方面也造成了再生能源的无价值耗散。根据出口处传动系统特点，我们采用了共用DC母线方式的变频器多机传动系统。
5 传动系统硬件配置
如图1所示:Q1为进线断路器、LR为进线电抗器、RV为高能热敏电阻吸收装置、TZ为自耦变压器、ZH为6SE7038-2EH85-1AA0整流/回馈单元、1KM～17KM为逆变器进线接触器、1QA～17QA为逆变器出线断路器、1LA2～17LA2为交流出线电抗器、NB1～NB17为6SE70系列逆变器、M1～M17为电动机。
图1 6SE70变频器多机传动系统结构示意图
(1) 6SE7038-2EH85-1AA0整流/回馈单元
该单元的功率部分由两个反并联桥组成，可在输入端电网和逆变器中间回路之间整流和回馈。如果需要没有电压降的回馈，回馈桥的输入电压必须升高20％，则要通过一个自耦 变压器TZ来实现，回馈接线上没有较高电压时，中间回路电压通过相位角变化降低，中间回路电压由一个带微处理器的数字调节器自动调节。整流/回馈单元适用于多个逆变器连接在一个公共直流母线上，在电动机和电网之间进行能量交换，从而节省了能量。
(2) 自耦变压器:在回馈支路中通过使用一台自耦变压器来提高电源电压，以便在回馈过程中中间回路电压不会降低。
(3) 交流进线电抗器:主要起协调电源作用。主要是为了防止电源电网上来的干扰，其特点是要求电抗器自身分布电容小，自身谐振点要避开抑制频率范围，使干扰电压减小，但又要保证工频电压降在2％以下，功率又要小。
(4) 交流输出电抗器:在逆变器输出端设置交流电抗器可以十分有效地抑制逆变输出端产生的高次谐波电流，最大限度地保留电动机原有电气寿命，又由于交流电抗器可以提高幅值du/dt造成的线路脉冲电流爱到抑制，因此也就使得变频器的过载保护功能变得名副其实了。
(5) 逆变器:在该传动系统中，12段STM辊道彩用了12台6SE7023-8TD61逆变器、线环分配器采用6SE7022-6TC61逆变器、托盘提升采用6SE7031-2TF60逆变器，芯棒旋转，线卷小车采用2台6SE7027-2TD60逆变器、内芯轴提升采用6SE7023-8TD61逆变器，共17台逆变器。
逆变器将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以达到调速目的。
(6) 变频器控制系统:6SE70变频器控制电路由运算电路、检测电路、控制信号的输入、输出电路和驱动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制，对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等，控制方法采用数字控制。6SE70变频器控制电路集中在CUVC电子板上，该电路板上还有用于PC或OP1S的RS232/RS485串行接口。在安钢高线机组该控制系统中，采用了PROFIBUS现场总线，实现了对整流器，逆变器群的通讯控制。
6 传动系统现场调试纲要及需解决的问题
6.1 调试前的准备工作
(1) 调试前，应检查现场设备及线路的完好性，检查传动柜内的元件的完好性及接线，确保按原理图的接线正确无误。特别是线场提供的专用地和屏蔽地。数字传输系统。
(2) 要求有单独的接地系统，接地干线为绝缘的截面不小于95mm2电缆，分别接到传动柜的专用。
(3) 地母线SK和屏蔽地母排PE上，接地电阻小于1欧姆，系统的数字“零”应接到专用地SK上，所有屏蔽线应。
(4) 接到屏蔽地PE上。根据西门子的要求，变频器输出电缆要求用屏蔽电缆。
6.2 传动系统调试
因该传动系统过于庞大，各部分联锁较多，装置结构复杂。调试必须做到思路清晰，步骤严格有序:
(1) 进线电源测试:包括主回路、控制回路的进线、母排电压，测量其幅值及对称型，并作记录。
(2) 操作联锁测试:在未上电状态下，检查确认线路接线正确。上电后，按逻辑关系一一测试电气之器件的动作关系正确与否。
(3) 6SE70变频器的初始化及参数设定:通过简易面板PMU或与PC机相连接的SIMOVIS软件使参数PO60=2，且参数存储在EEPROM中，参数便恢复到缺省值(工厂设定值)。此后便可根据现场需要一一设定各装置参数，并进行参数优化。
(4) 调试中出现的问题:调试中出现的硬件故障一般较易排除，而来自于上位机通讯方面的故障相对来说难度较大。在6SE70装置背部总线LBA上有三个插槽位置，将通讯板CBP插在位置2的D槽中，以实现与PC机的Profibus通讯。在系统中设置了“本地”和“远程”两套参数。如果选择“本地”操作，6SE70的控制命令来自端子，如果选择"远程"操作，6SE70控来自端子;如果选择"远程"操作，则控制命令来自上位机自动化系统。在调试中，常因软件中两组数据的选择有误而不能实现与上位机的通讯，更多者，则是由于通讯光纤的连接不佳造成的光信号散失而造成的通讯失败。
7 结语
通过长时间使用，共用DC母线方式的6SE70多机传动系统显示出以下优点:
(1) 多机传动系统中每台单机的再生能量可以被充分利用，多台变频器一般不会同时处于制动状态下，少数制动的逆变器回馈到直流侧的能量，可以被正处于电动状态下的另一些逆变器所吸收。
(2) 制动引起的再生能量可以耗散于集中电阻上，也可以通过集中的NGP回馈给电网。
(3) 利用蓄电池或电容器实现对电源瞬时停电的集中缓冲是可能的。
参考文献
[1] 韩安荣. 通用变频器及应用[M]. 北京:机械工业出版社， 2000.
[2] SIMOVERT MASTERDRIVES使用说明书[J]. 西门子 2000.6.
作者简介
孟红莉(1975-) 女 助理讲师 河南省安阳钢铁集团公司职业技术学校教师，在读北京科技大学控制工程硕士研究生，主要从事电气技术教学及自动化新技术推广应用工作。
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