（点击下载）——轧机高效传动技术.doc

设计一套轧机传动系统的主要目标是实现在高生产率下所需的产品质量。传动必须能够在电机轴上提供符合轧制规程要求所需的扭矩和速度，它也应具有工作过载、动态性能、满足轧制精度要求并使轧机稳定运行的特点。轧机高生产率需要传动系统的高效用性。而且电力稳定陛正成为一个日益重要的主题，公共事业部门正制定执行一系列新标准。传动作业应对电力供应冲击最低，也应不影响其他负载的工作，并应符合所在国的动力法规。

1轧机传动最大能效

除了通常对过载能力、控制质量、运行稳定性、高可靠性和高效用性的需求外，对高能效的要求正逐渐得到相应的关注。如今，通过同步电机及电压变频器的使用，实现了高效传动，总传动效率达到96％。

西门子主传动系统的主要特点有：

◆使用定子电流比常用感应电机低的同步电机，减少额定功率，最终降低能耗；

◆同步电机惯性低，降低了在电机加速和减速过程中发生的动态损失，进一步提高能效；

◆专门设计的“生态模式”工作降低待机运行中的激励电流及重启时的瞬时扭矩；

◆具有主动在线反馈及智能半导体控制(带优化脉冲码型ROTOS)的现代化中压源转换技术降低电机谐波，在整个运转速度范围内功率因素恒定，保持在1，电能转换效率达到99％；

◆对多电机作业(特别是对冷轧机)，通过一个带能量交换的通用直流总线，可实现进一步节能。

2 SINAMICS变频器系列

与在传动技术领域高灵活性和额定功率可升级的这一主流趋势一致，西门子开发出一个频率转换产品系列，称作SINAMICS。开发这一传动产品的目标是实现从基本的小型单个电机传动、到协同传动、直至高功率传动等每一应用最优传动的可能性。所有SINAMICS传动产品都具有一个模块化可升级的结构、标准化的界面外观，使得它们如此独特、简单。工程标准化程度极高，这是关键。在各个功率等级和额定电压下低压传动，范围从0．12kW到4500kW。中压传动范围从0．8MW到120MW。

每一个SINAMICS产品都是基于一个共同的控制平台理念：使用相同的软件和硬件，实现相同功能。

2．1 2级低电压变频器

对于功率范围最大约2000kW的所有轧制和带钢输送方面的传动应用，都采用传动系统SINAMICS S120。SINAMICS S120是一个基于2级低电压变频器布局的系统，在电机侧的逆变器上安装IGBT—晶体管，在轧线侧的变频器上安装独立的整流器。

SINAMICS S120是模块化传动系统，带有矢量和伺服控制，是工厂和设备制造领域复杂传动任务的理想选择。采用模块化SINAMICS S120，可实现具有更高级别动作控制的多轴传动方案，与单轴传动一样简单。功率范围从0．12kW到4500kW，并采用保证实现各种功能的各种控制设备，使用模块化SINAMICS S120，针对几乎任何一个复杂的传动需求，可简化并快速生成一个精确定制的传动布置。

在SINAMICS S120内，传动智能结合控制设备内置的闭环控制功能。这些设备能够按矢量、伺服或V／f模式控制传动。这些设备对传动上的所有轴也实行速度和扭矩控制功能以及其他智能传动功能。使用现有的闭环控制技术，SINAMICS S120可以应用在同步电机及异步(感应)电机上。

SINAMICS S120控制柜模块是一个专门用在工厂建造中使用的柜式系统，这些模块可组合起来形成传动柜，功率总和达到4500kW。标准化接口确保模块快速地被连接起来，为多轴传动生成一个已连接好的传动方案。

对大多数应用，电机侧的逆变器与一个通用直流总线相连，后者接入通用输入整流器。

SINAMICS S120传动系统的突出优势包括：工作量最低的过程优化；高的可靠性和效用性；运转过程中节能；运行、维护和维修过程中成本低；节约空间结构；环境友好性作业。

2．2 3级电压变频器

SINAMICS SMl50是一种适用于轧机高速传动的高端大功率传动变频器。推荐在需要高动态性能与四象限运算的传动应用使用这些变频器。这些变频器通常与专门的电机配合使用，适合于功率范围在4—26MW。这些带有已经工业应用证实的IGCT功率半导体器件的水冷式中压变频器可以单电机或多电机传动配置交付使用。

IGCT是一种门控制开关，它就像一个半导体一样的开关，但像一个可控硅一样传输，传导损失最低。SINAMICS SM150变频器系列使用两种不同类型的非对称型集成门极换流晶闸管，峰值额定电流在4000—5000A。配合最优的IGCT起始脉冲码型，单个变频器就可以传送峰值功率1400kVA。

SINAMICS SM150传动配有扩展的矢量变频控制，采用ROTOS，控制IGCT设备。ROTOS的主要特点包括：最优脉冲码型；低开关频率；可预报的电流谐波；较少的电机电流谐波和较少的电机损失；优异的扭矩传递；较少的执行元件开关损耗；更好的电机和变频器利用效率；更高的整体效率。

2.3周波变换器传动

周波变换器作为交流轧机主传动的重载荷设备已经使用了近20年。甚至在当今的高能效时代，环保型传动方案，如采用新型SINAMICS控制平台的多阶电压源变频器SINAMICS SL150周波变换器传动可应用到轧机传动领域。

对具有大扭矩与低速特点的大功率感应与同步电机进行速度的连续控制时，采用可控硅堆的周波变换器是最佳选择。它们可以实现可控硅整流桥以6或12脉冲形式执行动作。由于结构简单，利用相对较少数量的功率半导体器件实现极高功率，因此在空间有限时，它们可以分开储放。在不增加任何成本的情况下，周波变换器适合于四象限运算。这使得周波变换器仍然是所有必须提供低扭矩谐波的传动形式的良好选择。最大输出频率通常在输入电源频率的40％—44％。利用由SINAMICS系统控制的元件实现对整体传动的开环和闭环控制与可控硅监控。利用光缆对可控硅进行光电控制与监控。

3现代化改造方案

随着设备老化，备件和技术服务的可利用性也随之下降，使问题变得更糟。因此，需要对传动控制进行升级改造。

通过对现有传动系统进行现代化改造，采用周波变换器、负载整流逆变器(LCI)或基于GTO可控硅的多阶电压源变频器，可保证工厂性能、效用性和生产率并延长其生命周期。西门子开发出带SINAMICS平台的各种升级包，代替老式控制系统。

这种改造方式均适用于周波变换器和LCI的传动。除了采用更新的SINAMICS控制系统进行现代化改造外，也可改造老式多阶电压源变频器的功率器件(用IGCT替换GTO)。未改造的SIMADYN D基础自动化系统与新SINAMICS控制系统之间的通信措施包含在为老式传动系统改造而设计的采用SINAMICS的升级包内。