摘 要:本鋼1700熱連軋機改造項目中，主傳動選用美國GE公司生產的三電平交一直一交電壓型變頻器，其主回路采用IGCT電力電子半導體器件。這在國內的熱連軋板材軋機上尚屬首次。本文對該系統的主回路結構，控制系統硬件及系統調試軟件進行簡單介紹。 關鍵詞:三電平變頻器；IGCT；熱連軋機 　　本鋼1700mm熱連軋機軋制線是70年代全部由國內設計制造完成的生產線，盡管陸續進行了一系列的技術改造，但其主傳動仍為直流發電機機組供電的直流傳動，自動化控制水平較低。2001年7月由美國GE公司負責對全線進行了全面技術改造，主傳動改為交流變頻調速；自動化系統也進行了全面改造，投入了液壓AGC、機架間冷卻、層流控制模型等一系列新功能。其中主傳動改為交流同步電動機變頻調速。在國內現有大型板材熱連軋生產線上，采用IGCT電力電子半導體器件的變頻器尚屬首例。此前同類生產線所用最新變頻器的主回路電力電子器件為GTO。因此，本文專門對其交流變頻主傳動系統加以介紹，供國內同行參考和借鑒。 [b]1 主傳動系統結構 1．1 系統參數[/b] 　　主傳動所采用的變頻器為美國GE公司的Innovation系列產品。采用此種變頻器供電的有R1軋機立輥E1主傳動電機（額定電壓33OOv）；R1軋機平輥主傳動電機（額定電壓6600v）；F1～F7精軋機主傳動電機（額定電壓6600V）。其電機詳細參數如表1。 　　以6 600 V變頻器裝置為例，參照外方提供的技術資料，將其相關的技術數據歸納如下。 　　交流電源進線：6600V（±5％），1 100A，50Hz 　　交流變頻輸出：6600V，0～750Hz，1 100A 　　裝置負載能力：100％，長期；200％，30 s 　　系統控制精度： 　　· 靜態速度精度0．01％，l一（最高轉速） 　　· 動態速降0．15％ 　　· 速度階越響應30 tad 　　· 轉矩脈動<1％ 　　純水冷卻系統技術指標： 　　· 冷卻水流量0～48O L／min 　　· 進水溫度0～35℃ 　　· 出水溫度17～37℃ 　　·回水溫度上限77℃ 　　· 水電阻4～6 MΩ,／cm 1．2 主回路結構 　　GE公司的Innovation系列產品，結構緊湊，占地面積小。每套系統由控制柜、整流柜、直流濾波柜、逆變柜、勵磁柜及純水冷卻系統組成。因整個主回路的原理較為復雜，為簡便起見，在此僅以3 300 v裝置逆變側為例給出主回路示意圖，如圖1所示。 　　其主回路設計采用了整流側和逆變側完全對稱的“背靠背”形式，實現了全功率的四象限運行，這是一種理想結構。由于系統可以四象限運行，因此可以在減速或停車時全功率向電網回饋能量，從而大量節能。它既滿足了R1初軋機正反向可逆軋制的要求，又可滿足精軋機主傳動動態調速特性的要求。同時，這種整流側和逆變側相同的對稱結構形式，也減少了備件種類和數量，節省了運行成本。這種結構的唯一不足之處是系統造價較高，一次性投入較多。 　　系統中整流側及逆變側主回路器件采用水冷散熱器進行冷卻。純水冷卻方式為縮小系統體積及緊湊型的結構設計提供了可能，也避免了強迫風冷方式所容易造成的粉塵積累及絕緣下降問題。每相的上下兩個橋臂組裝在一個水平串式結構中。這種水平串式結構給系統維護和主回路元器件的更換帶來了方便。每一串式結構中除IGCT器件外還包括續流二極管、鉗位二極管等半導體器件。主回路中其它功耗較大的器件如橋臂快熔、電容放電電阻、吸收回路電阻、電流變化率抑制電抗器等也全部采用純水冷卻方式。 　　為了減小IGCT器件在開關過程中所產生的過電壓，希望回路的分布電感越小越好。采用純水冷卻方式，不僅縮小了主回路裝置的體積，而且也縮短了主回路器件間的連接導線，從而有利于減小回路的分布電感。系統中在可能的部分都采用層疊母線連接，使得回路的分布電感進一步減小。 　　主傳動電機采用交流同步變頻電機，其勵磁裝置采用晶閘管三相全控橋形式供電。勵磁主回路也采用純水冷卻方式。 [b]2 控制系統 2．1 硬件配置[/b] 　　系統的整流側與逆變側采用完全相同的機箱硬件配置，即各使用了一臺Innovation控制器機箱。 　　機箱內包括：控制箱背板CAPB、機箱電源RA．PA、數字處理器板DS既、橋控基本I，，O板BAIA、橋控信號接口模板BICI和BPII。其中DSPX為32位浮點DSP處理器TMS320C31，主頻60 MHz。外配標準存儲器元件及ASIC（Application Specific Inte．Circuit）或 （Field Pmgmmnmble Gate Arrays）集成電路，用&SIC或FPGA集成電路完成用戶邏輯控制功能，包括串行接口、Wmhdog時鐘、系統時鐘、增量碼盤信號采集、開關量輸入采集等。DSPX板上的存儲器又分為FLASH存儲器、RAM存儲器、NVRAM存儲器及ADD-ONLY存儲器。各種存儲器分別用于不同的用途，如存儲系統程序、過程數據、固化數據、板卡版本識別碼等。此外還有一個可選板插槽位，用于插入Genim 網絡通信接口板或Profibus網絡通信接口板等。 　　在機箱外部，還配有變壓器接口板GGXD、交流及直流電壓檢測接口板NATO、橋控及直流母線接口板GGXI、門極驅動電源板GDPA等。 2．2 調試軟件 　　Innovation系列傳動控制系統采用專用ToolBox軟件進行調試。該軟件在Windows環境下運行，通過串口通信與傳動系統連接。使用該軟件可對傳動系統進行初始化配置，或進行在線參數調整。對于一些軟件功能塊可進行重新連接。調試完成的參數可作為文件進行存儲或下載到傳動系統中運行，也可上裝裝置已有的參數。ToolBox還具有在線參數波形記錄功能，為傳動系統的調試和故障診斷提供了極大的便利。 　　不同的傳動設備采用不同的配置文件來設定其設備特征。對于整流器側（電源側）控制機箱，使用ACMVRS6-A模式，下裝DSPX3300．ARC（3300v裝置）或DSPX6600．ARC（66OOV裝置）配置文件及參數給整流控制機箱。對于逆變器側（負載側）控制機箱，使用ACMVRS6-U模式（同步機控制），下裝DSPX3300．ARC（3300V裝置）或DSPX6600．ARC（6600V裝置）配置文件及參數給逆變控制機箱。對于同步機勵磁裝置，使用EXU—ACODE．ARC配置文件。 3 運行效果 　　原有軋線采用直流發電機機組供電，本次改造后一次進步到交一直一交變頻傳動。其優點主要體現在以下幾個方面。 　　（1）大大縮小供電系統的占地面積。 　　（2）減少系統運行噪音。 　　（3）減少運行維護工作量。 　　（4）采用交一直一交電壓型變頻供電形式，整流側和逆變側對稱結構，做到了對電網的無諧波驗交流運行，既減少了一般靜止變流器（如直流傳動、交交變頻等）對電網的污染，又省去了無功補償系統的投資。 　　（5）采用全數字控制系統后，傳動系統與自動化系統聯網。這不僅簡化了系統結構，提高了系統可靠性，而且還給系統維護和故障診斷提供了極大的便利。 　　（6）新系統投運后，生產的產品質量明顯提高，產品種類也大大增加。自動化程度的提高，控制模型的投入，減輕了操作人員的工作量，又從設備角度保證了產品質量。 　　從現有運行情況看，新系統采用純水冷卻有許多優點。但純水冷卻系統也有不足之處，一是因系統電壓高，對純水水質的要求也高，水質的檢測，水量的補充，比較繁瑣；二是純水的去離子處理部分須定期更換，有一定的維護工作量，且維護費用較高。