支成勇，朱德忠，劉韜

（1.山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西太原 030003；2.江西旅游商貿(mào)職業(yè)學(xué)院，江西南昌 330100）

三菱復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)4象限調(diào)速改造

支成勇1，朱德忠2，劉韜2

（1.山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西太原 030003；2.江西旅游商貿(mào)職業(yè)學(xué)院，江西南昌 330100）

介紹了對(duì)太鋼熱連軋1 549 mm生產(chǎn)線進(jìn)行電氣、自動(dòng)化系統(tǒng)改造時(shí)，利用西門子6RA70直流調(diào)速裝置拖動(dòng)老型號(hào)日本三菱復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在重載應(yīng)用方面的技術(shù)對(duì)策和調(diào)試方法，以及復(fù)勵(lì)電機(jī)繞組結(jié)構(gòu)改變后，電流調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)試方法。改造后系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到了降低能耗，提高控制精度的目的。

西門子6RA70直流調(diào)速裝置；復(fù)勵(lì)電機(jī)繞組改造；手動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化；重載應(yīng)用

1 引言

太鋼熱連軋廠1 549 mm生產(chǎn)線于2002年進(jìn)行了全線電氣、自動(dòng)化系統(tǒng)改造，電氣控制系統(tǒng)由德國(guó)西門子公司設(shè)計(jì)。軋機(jī)的傳動(dòng)、壓下、彎輥、竄輥、潤(rùn)滑、換輥、冷卻、活套、側(cè)導(dǎo)、板型控制、測(cè)量系統(tǒng)等軋制工藝技術(shù)指標(biāo)，由30余套TDC控制系統(tǒng)共同實(shí)現(xiàn)。軋鋼機(jī)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)由SIMADYN-D系統(tǒng)控制。

技改中采用最先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)，通訊系統(tǒng)GDM網(wǎng)、工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS-DP網(wǎng)。GDM網(wǎng)絡(luò)傳輸高速全局過程控制數(shù)據(jù)，工業(yè)以太網(wǎng)與各PC終端通過HMI服務(wù)器交換數(shù)據(jù)，提供操作界面，用于程序調(diào)試、故障診斷、畫面顯示。

軋線C2，C4輥道電機(jī)為1992年建廠時(shí)從日本引進(jìn)的二手三菱復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，其電樞、勵(lì)磁、換向、串勵(lì)繞組較特殊，調(diào)速性能較差、能耗高。

本文將闡述采用西門子6RA70直流調(diào)速裝置拖動(dòng)老型號(hào)日本三菱復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在重載應(yīng)用方面的調(diào)試方法，以及復(fù)勵(lì)電機(jī)繞組結(jié)構(gòu)改變后，電流調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)試。

2 復(fù)勵(lì)電機(jī)繞組結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)控制方式

電機(jī)基本技術(shù)數(shù)據(jù)為：電機(jī)功率55 kW；額定轉(zhuǎn)速512/1 000 r/min；定子繞組電壓220 V；定子額定電流27.7 A；轉(zhuǎn)子繞組電壓-220～220 V；轉(zhuǎn)子額定電流277 A。制造商為日本三菱。

原傳動(dòng)系統(tǒng)的啟動(dòng)、正反控制原理示意圖如圖1所示。

圖1 原傳動(dòng)系統(tǒng)原理示意圖Fig.1 Electrical schematic of old drive control system

由圖 1 可知，主回路有 3 個(gè)繞組：L1，L2，L3。其中，L1為電樞繞組；L2為換向繞組，L3為串勵(lì)繞組。勵(lì)磁回路1個(gè)繞組：L4為他勵(lì)繞組。R1，R2為啟動(dòng)電阻；R3為能耗電阻，R4，R5為分壓電阻；XC1為線路接觸器；AC1，AC2為啟動(dòng)接觸器；FC為正向接觸器；BC為反向接觸器。

原系統(tǒng)通過AC1，AC2的投切實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)，通過FC，BC的投切實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

空載時(shí)，流過L3的電流較小，電機(jī)磁通小，電機(jī)弱磁運(yùn)行，轉(zhuǎn)速較高。重載時(shí)，流過L3的電流較大，電機(jī)磁通較大，甚至滿磁，電機(jī)轉(zhuǎn)速較低。

原傳動(dòng)系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)分析如下：1）系統(tǒng)運(yùn)行速度不可控，無法與軋制線其它設(shè)備進(jìn)行速度匹配；2）功率因數(shù)低；3）能耗大，不能適應(yīng)當(dāng)前設(shè)備精細(xì)化管理的要求；4）系統(tǒng)老化，故障率高，影響生產(chǎn)進(jìn)度、維護(hù)費(fèi)用高等。

3 全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)

3.1 控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成

新調(diào)速系統(tǒng)采用SIEMENS 6RA70 SI-MOREG DC MASTER系列整流器，主要技術(shù)特點(diǎn)如下：6RA70為全數(shù)字緊湊型整流器，輸入為三相電源，可向變速直流驅(qū)動(dòng)用的電樞和勵(lì)磁供電，選擇4象限工作的裝置，傳動(dòng)控制、調(diào)節(jié)、監(jiān)視及附加功能都由微處理器來實(shí)現(xiàn)。裝置軟件存放在快閃（Flash）EPROM中。

功率部分：電樞回路為反并聯(lián)的2個(gè)三相全控橋（B6）A，（B6）C。勵(lì)磁回路采用單相半控橋B2HZ。電樞和勵(lì)磁回路的功率部分為電絕緣晶閘管模塊，其散熱器不帶電。冷卻：強(qiáng)迫風(fēng)冷（風(fēng)機(jī)）。

改造后的輥道控制柜控制原理如圖2、圖3所示。

圖2 傳動(dòng)控制電氣原理圖Fig.2 Electrical schematic of drive control system

圖3 傳動(dòng)控制參數(shù)連接圖Fig.3 Interface of drive control system

3.2 改造后的傳動(dòng)系統(tǒng)功能說明

3.2.1 控制命令與速度給定

按工藝流程的要求，本系統(tǒng)應(yīng)該具備連續(xù)生產(chǎn)和設(shè)備檢修（自動(dòng)和手動(dòng)）2種工作方式，即連續(xù)生產(chǎn)時(shí)為自動(dòng)模式，C輥道接受來自TDC過程控制系統(tǒng)的啟、停命令及速度給定值（連續(xù)可變），TDC與6RA70通過現(xiàn)場(chǎng)總線通訊；設(shè)備檢修時(shí)為手動(dòng)模式，C輥道接受來自現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)的啟、停命令及速度給定值（多個(gè)固定給定值）。為此，6RA70需選配CBP2通訊板和CUD2端子擴(kuò)展板。

CBP2通訊板如圖4所示。

圖4 CBP2通訊板Fig.4 Communication board CBP2

3.2.2 BICO數(shù)據(jù)組切換

2套BICO數(shù)據(jù)組的切換實(shí)現(xiàn)由1個(gè)選擇開關(guān)給出，經(jīng)DI輸入。6RA70調(diào)試界面如圖5所示。

圖5 6RA70調(diào)試界面Fig.5 Commissioning interface of 6RA70

P690為選擇控制字的源，0：來自于DP網(wǎng)絡(luò)K3001；1：來自于開關(guān)量輸入。

速度給定值可以來自DP網(wǎng)絡(luò)K3002，也可以來自固定值設(shè)定P401，P402，P403。

3.3 電機(jī)繞組改變

如圖1所示，原傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)可正反轉(zhuǎn)，L1，L2流過的電流可逆，而L3流過的電流單向，勵(lì)磁為電壓控制。

新系統(tǒng)控制原理如圖2所示，流過L4的電流可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，故勵(lì)磁為電流控制；電樞的控制將很困難：如果將電樞繞組L1、換向繞組L2與串勵(lì)繞組L3串聯(lián)，L3將流過可逆電流。實(shí)踐證明，L3電流反向時(shí)，傳動(dòng)控制系統(tǒng)震蕩，電機(jī)溫度迅速上升。如果將電樞繞組L1，L2串聯(lián)，L3短路，此時(shí)，電機(jī)不能完成重載啟動(dòng)。

因此，必須將電機(jī)L3繞組進(jìn)行改造后接入勵(lì)磁定子繞組回路中，改造后額定勵(lì)磁電流仍然為27.7 A，詳細(xì)方案本文不涉及。

3.4 系統(tǒng)電流調(diào)節(jié)器手動(dòng)優(yōu)化、速度調(diào)節(jié)器手動(dòng)優(yōu)化

電機(jī)改造以后，在調(diào)試過程中執(zhí)行優(yōu)化運(yùn)行，按以下規(guī)定的次序來執(zhí)行：預(yù)控制和電流調(diào)節(jié)器，速度調(diào)節(jié)器，勵(lì)磁減弱控制，摩擦轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量補(bǔ)償。電機(jī)運(yùn)行時(shí)，尤其是帶重載時(shí)，電機(jī)換向火花大。因此，只能進(jìn)行手動(dòng)優(yōu)化系統(tǒng)。

電樞回路電阻P110：

此公式根據(jù)的是經(jīng)驗(yàn)值：從斷續(xù)電流到連續(xù)電流的轉(zhuǎn)折大約為30%的電動(dòng)機(jī)額定電樞電流。

勵(lì)磁回路電阻RF（P112）的手動(dòng)設(shè)置：由電動(dòng)機(jī)額定勵(lì)磁數(shù)據(jù)粗略估算勵(lì)磁回路電阻RF（P112）為

此公式的依據(jù)是在額定電樞電流下，電樞回路電阻RA上的壓降為10%的額定電樞電壓。電樞回路電感P111：

依上式計(jì)算：P110約為0.079，P111約為1.9，P112約為10。

3.5 帶載調(diào)試

使用Drivemonitor調(diào)試軟件可方便地進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置（如圖6所示）。在線監(jiān)控、記錄動(dòng)、靜態(tài)特性曲線，空載降速波形如圖7所示，帶載升速波形如圖8所示，帶載降速波形如圖9所示。

圖6 參數(shù)設(shè)置界面Fig.6 Interface of parameter setup

圖7 空載降速波形Fig.7 Speed decrease without load

圖8 帶載升速波形Fig.8 Speed increase with load

圖9 帶載降速波形Fig.9 Speed decrease with load

由圖7～圖9曲線可見：電流響應(yīng)快，速度跟隨性好。

4 結(jié)論

通過對(duì)電機(jī)繞組改造，實(shí)現(xiàn)了與6RA70驅(qū)動(dòng)器的最佳匹配，提高了傳動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性及易維護(hù)性。對(duì)動(dòng)態(tài)特性手動(dòng)優(yōu)化后，能耗降低，控制精度大大提高，設(shè)備調(diào)試一次試車成功。

修改稿日期：2014-03-14

Rebuild of 4Q Commissioning About Mitsubishi Compound Excitation DC Motor

ZHI Cheng-yong1，ZHU De-zhong2，LIU Tao2
（1.Taiyuan Iron&Steel（Group）Co.，Ltd.，Taiyuan030003，Shanxi，China；2.Jiangxi Tourism and Commerce Vocational College，Nanchang330100，Jiangxi，China）

While reforming to electric automatization system for Taigang hot rolling production line at 1 549 mm，a technical strategy and debug method is elaborated on application to heavy-load while make use of Siemens SIMOREG DC MASTER 6RA70 to drive the old type of Mitsubishi compound DC motor，and a dynamic optimization debug method of current regulator and speed regulator after compound motor winding structure changed.After transformation，the system is running stability，and achieve the goal which the energy consumption is reduced while the control accuracy is improved.

Siemens SIMOREG DC MASTER 6RA70；rebuild of compound excitation motor coil；manually optimize of system；application of heavy load

TM33

B

支成勇（1969-），男，本科，電氣工程師 ，Emial：zhicy@tiso.com.cn

2013-09-17