交―交变频在铝轧机中的应用

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【摘要】本篇文章主要针对同步电机本身的结构、同电机和交-交变频器持续运转过程中所呈现出的运行原理、控制系统实际组成、矢量控制措施等多个方面进行全面详细的探讨，以期为交-交变频器在铝轧机之中的应用发展作出贡献。

【关键词】轧机；同步电机；循环变流器

1、前言

某铝业集团公司，在90年代生产发展的过程中，便引进了过外先进的CVC2#冷轧机主传动电机，并且对该电机进行了交-交变频技术的应用，促使电机本身的速度能够达到582r/min。这一同步电动机本身主要是4极的凸极形式组成，运行额定功率为4000kW，主要是通过水冷的方式来进行冷却处理。总体结构通过主要由外壳、定子、转子、分离轴承、水冷装置、脉冲发生器、转子位置角度编码器、静态加热器等组成。整个系统由主变压器、同步变压器、定子主回路、励磁主回路、实现矢量控制和触发控制功能的PSR装置及电机组成。

2、同步电动机结构及系统构成及特点

交-交变频器也叫周波变换器，是把电网固定频率的交流电，经过功率半导体电路直接转变为频率可调的交流电的过程。它不同于普通的变频器，没有交流整流到直流再逆变成交流的环节，是交-交变换的结构，这种技术一般用在大型功率装置上。

每一个定子绕组本身都是利用反并联的形式，来达到整流桥供电的目的，三相在运行期间是对36个可控硅、6个整流桥来进行使用。在这其中，由于励磁所产生的电流是直流形式，并且方向没有发生任何变化，那么仅仅只需要使用一个整流桥便能够达到运行目的。在你电机的绕组星形点以及变压器星形点之间，实际上还配有相应的电压保护装置，这类装置都是通过电路控制以及2个相应的反并联可控硅来组合而成。在电压超出1500V的情况下，可控硅本身在导通起点之中，便起到了过压保护的作用，励磁中主回路也同样是以这一形态运行的。主要特色有以下几个方面：

（1）主回路用整流变压器可采用6台双绕组整流变压器，也可采用两台三相三裂解结构的变压器。

（2）电机和变流器采用双Y型连接结构形成12脉动的波形，大大减少谐波。通过切换柜切换，每一套变压器和变流器均可全载半速单独运行，适用性、灵活性大大增加。

（3）同步电动机励磁采用不可逆晶闸管三相全控桥控制，保护回路除配置一套高容量压敏电阻吸收回路外，还配置一套二极管BOD检测及晶闸管开关控制的专用快速保护回路。

3、同步电机与循环变流器的运行原理

供电电路之中所存在的交-交变频器运行过程中所利用的原理较为复杂，主要是在进行直流驱动的过程中，其系统通过使用3组反并联整流桥的方式，来直接连接到3全独立的三相交流变压设备的线圈之上，而每一组整流器都能够对同步电动机中所存在的一相进行控制。

同步电机的速度n=60f/P（极对数）。如果能连续改变频率f，即能实现速度的平滑调节。适当控制定子每相正反组整流桥触发角，使循环变流器三相输出电压接近正弦、相差120°、频率0～20Hz可调的交流电压，就可实现调速。电机定子电流的变化越接近正弦，电机输出就越平滑，脉动成分就越小。

在电动机本身转动速度不断加快的情况下，定子绕组之上便会产生大量的感应电压。并且转动速度越快，其中所存在的感应电压就会持续不断的提升，这其中所呈现出来的循环变流器输出电压也呈现出较高的状态；在本身转速较高的情况下，电子循环变流器以及定子电压本身所输出的电压，都会受到大幅度的限制影响。

在速度完全超过了额定转速的情况下，励磁电流便会大幅度减少，并且进入到相应的弱磁区域中，励磁电流为If∝1/f的情况下，这期间的定子电压还能够保持一定程度的额定数值；但是当速度大幅度下滑，并且低于额定转速的情况下，励磁电流也就依然保持恒定，处于一个满磁的状态下，在这期间，输出功率本身主要是随着转速的变化而变化，电机能够之间诶达到输出最大扭矩的状态。并且在速度持续升高的情况下，会随着弱磁的作用影响，而导致转矩大幅度下降，具体见图1。

4、矢量控制

将三相定子电流定义为定子坐标αβ中的一个空间矢量iS，长度与定子电流大小成正比，方向为三相电流最终作用方向。随着电机旋转，电流矢量iS也作相应旋转（见图3a）。3.13相/2相坐标变换根据三相电流iR、iS、iT可以算出：

4.1相/3相坐标反变换

iR=iα

4.2αβ/dq坐标变换和反变换

id、iq为定子电流矢量iS在同步电机dq轴上的分量，通过一系列的矢量变换和计算，可以得到控制系统所需的控制量，达到控制电机的目的。同样，也可以将定子电压和励磁电流按矢量处理。

5、直流驱动装置与同步电机驱动装置方案比较

从表1可以看出，交流驱动可以普遍地代替直流驱动。

6、结论

综上所述，在铝轧机之中对交-交变频器系统加以应用，能够极大的提升运行效率，不但能够最大限度的满足铝材生产的高精度需求，还能促使系统运行的稳定性提升，减少出现故障的可能性，切实有效的减缓了维修人员的维修压力，促使轧机生产为企业生产发展带来了更高的经济效益。

参考文献

[1]郑洪涛.开关磁阻电动机微步位置伺服控制系统的研究[D].河北工业大学，2000年

[2]余志平.基于DSP的永磁无刷直流电动机无传感器控制系统的研究[D].西安理工大学，2001年

[3]祝仲禹.基于单片机的无位置传感器无刷直流电动机调速系统[D].广西大学，2001年