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1 概述
隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制以及電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)已日趨成熟。本文結(jié)合某電鍍錫薄板廠工程實(shí)例，闡述矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)中公用直流母線系統(tǒng)和能量回
饋控制技術(shù)的應(yīng)用。
鍍錫機(jī)組一般分為熱鍍錫和電鍍錫兩種。熱鍍錫鍍層較厚，一般為3—5 µm，板帶運(yùn)行速度低，一般為0．2—0．3 m／s；而電鍍錫鍍層較薄，一般為0．5—1．5µm，板帶運(yùn)行速度為3—10 m／s，產(chǎn)量較高，現(xiàn)新建的鍍錫機(jī)組大部分采用電鍍錫。某電鍍錫薄板廠采用的是“鹵素法”連續(xù)電鍍錫機(jī)組，其工藝流程：原板鋼卷一上卷一開卷一夾送一剪切一焊接一貯套一清洗一電解清洗一沖洗一酸洗一電鍍錫一廢液處理一軟熔一化學(xué)處理一靜電涂油一檢驗(yàn)一剪切一卷取—成品卷材。在生產(chǎn)線中，帶鋼是帶張力運(yùn)行的。由于生產(chǎn)線的連續(xù)性，在換鋼卷時(shí)，鋼帶有一個(gè)貯套過(guò)程。根據(jù)產(chǎn)品不同，整條生產(chǎn)線速度、張力也不同，常出現(xiàn)加速和減速，這就要求生產(chǎn)線主傳動(dòng)電機(jī)電動(dòng)狀態(tài)和發(fā)電狀態(tài)并存。機(jī)組對(duì)速度和張力要求見表1。生產(chǎn)線人口段和出口段的所有設(shè)備在運(yùn)行時(shí)必須保證恒張力，恒線速度。
2 矢量控制的變頻調(diào)整速公用直流母線系統(tǒng)
連續(xù)電鍍錫機(jī)組共有9l臺(tái)交流變頻調(diào)速電機(jī)，均采用交一直一交變頻調(diào)速。交流器和逆變器均采用日本東洋電機(jī)株式會(huì)社產(chǎn)品。其型號(hào)分別為VF5lRGl5044和VF6lS—7R544。根據(jù)工藝要求，多臺(tái)變頻調(diào)速電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用的是公用直流母線系統(tǒng)，交流器具有能量回饋功能，其單線系統(tǒng)見圖l。
逆變器的傳動(dòng)控制方式為矢量控制變頻調(diào)速，雙閉環(huán)系統(tǒng)，其系統(tǒng)框圖見圖2。該控制系統(tǒng)由4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)處理器電路組成(每臺(tái)微處理機(jī)由一臺(tái)16位微處理器及通用外圍電路組成)。整個(gè)系統(tǒng)具有所需功率元件少，線路簡(jiǎn)單，系統(tǒng)功率因數(shù)高，脈寬調(diào)制頻率高達(dá)2～3 kHz。系統(tǒng)反應(yīng)快，電機(jī)低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
在具體方案、系統(tǒng)設(shè)計(jì)中尚有一些重要問(wèn)題要解決，本文對(duì)部分有普遍性的問(wèn)題談一些看法。
2．1 公用直流母線系統(tǒng)及能量回饋問(wèn)題
對(duì)于電鍍錫生產(chǎn)線(ETL)多臺(tái)電機(jī)分別采用變頻器驅(qū)動(dòng)的方式顯然不經(jīng)濟(jì)，采用同一套整流電源將工頻交流電整流成DC540V的直流，而各交流電機(jī)分別經(jīng)逆變裝置掛在該直流母線上，這就是公用直流母線方式供電，其優(yōu)點(diǎn)如下：
(1)將整流集中起來(lái)，可節(jié)省投資。
(2)在這種供電方式下可帶回饋單元，掛在此公用直流母線上的電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)可以不同，若某一段時(shí)間處于回饋發(fā)電狀態(tài)電機(jī)的回饋電量大于電動(dòng)狀態(tài)電機(jī)的用電量，系統(tǒng)是向公用DC母線回饋能量，公用直流母線電壓等于額定值，回饋單元開通，向工頻電網(wǎng)回饋能量，從而達(dá)到節(jié)能的目的。
2．2旁路(BYPASS)接觸器問(wèn)題
由于逆變器內(nèi)固有電容及雜散電容的影響，如果逆變器由普通開關(guān)式接觸器直接投入，則沖擊電流大，影響公用DC母線電壓的穩(wěn)定并有可能燒毀逆變器。而采用旁路接觸器可解決此問(wèn)題。
2．3 逆變器與電機(jī)間距離的影晌對(duì)策
逆變器出線到電機(jī)間用電纜聯(lián)接，電纜的長(zhǎng)度對(duì)系統(tǒng)品質(zhì)有影響，距離越長(zhǎng)影響越大。為解決此問(wèn)題采用加電抗器方式來(lái)補(bǔ)償電纜電容，一般每50m加一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)選件電抗器。
2．4接地問(wèn)題
為避免干擾影響系統(tǒng)的性能，各接地系統(tǒng)應(yīng)有單獨(dú)的接地母排、接地極。系統(tǒng)零線、保護(hù)地線、控制系統(tǒng)零線應(yīng)嚴(yán)格分開，各自接地。
3能量回饋控制
連續(xù)電鍍錫生產(chǎn)線電機(jī)起動(dòng)、制動(dòng)、加速和減速較頻繁，換鋼卷且需貯套，設(shè)計(jì)中采用帶能量回饋的交流器是合理的。既可避免由于能耗電阻發(fā)熱，環(huán)境溫度升高，影響系統(tǒng)可靠性，也可把一部分能量安全回饋到電網(wǎng)。變流器主電路結(jié)構(gòu)如圖3。
由圖3可知，用三相逆變器代替二極管三相橋式整流器，且在其輸入端加上3個(gè)高頻磁芯電抗器(本設(shè)計(jì)型號(hào)為QSl5055-12，0．07MH，482A)。電抗器在電網(wǎng)和逆變器之間起著扼流作用，這3個(gè)電抗器不影響系統(tǒng)正向傳輸功率時(shí)的正常工作，允許較大的電流通過(guò)，而磁芯不飽和。當(dāng)電動(dòng)機(jī)組工作于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，逆變器的大功率開關(guān)器件T1～T6全部被封鎖，處于關(guān)斷狀態(tài)，6個(gè)整流二極管構(gòu)成三相橋式整流器，當(dāng)電動(dòng)機(jī)組工作于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，濾波電容貯能，直流母線高壓升高，超過(guò)電網(wǎng)線電壓值后，二極管D1～D6反壓阻斷。當(dāng)直流母線電壓繼續(xù)升高，超過(guò)設(shè)定的允許值Vu時(shí)，逆變器開始工作，將直流母線上的能量逆變回饋電網(wǎng)。逆變器工作的每一個(gè)時(shí)刻，只有不同橋臂上半橋的一個(gè)管和下半橋的一個(gè)管同時(shí)導(dǎo)通，絕對(duì)避免同一橋臂上下管的直通現(xiàn)象。逆變器備功率開關(guān)器件的開關(guān)狀態(tài)與電網(wǎng)電壓的相位同步關(guān)系，如圖4所示。
4 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，連續(xù)電鍍錫生產(chǎn)母線中的變頻調(diào)速系統(tǒng)采用公用直流母線系統(tǒng)和能量回饋控制技術(shù)在節(jié)約能源，節(jié)省設(shè)備投資和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性等方面發(fā)揮了很大作用，值得在今后設(shè)計(jì)同類系統(tǒng)中采用。目前該套系統(tǒng)均已投入正常生產(chǎn)，運(yùn)行可靠。
