宽厚板精轧机压下电机励磁控制研究

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[摘 要]莱钢宽厚板事业部精轧机生产过程中，轧机压下电机励磁线包频繁烧损，造成停机时间长，维修费用高，严重影响生产。通电时间减少，励磁线包发热量下降，节约电能。

[关键词]精轧机 电机 励磁

中图分类号：TM331 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0338-01

前言

莱钢宽厚板事业部精轧机轧制钢板的厚度控制采用奥钢联设计的集中控制系统。电动压下自动控制根据轧制规程算出轧制的目标厚度，发出命令，控制电动压下自动控制和液压自动厚度控制系统。当轧机辊缝超过设定的液压系统调整范围后，集中控制系统发出压下电机压下命令，对轧机辊缝进行粗调，当辊缝达到一定值时，由液压自动厚度控制系统对钢板厚度精确控制。精轧机电动压下自动控制系统粗调辊缝的功能，由西门子整流装置按照主、从控制方式同步拖动两台直流电机（以下简称压下电机）实现，集中控制系统通过网络控制整流装置驱动压下电机运行，集中控制系统发出的电机抱闸启动和停止命令，通过现场I/O从站的继电器控制压下电机抱闸，完成打开和闭合动作。

1、设备现状

生产过程中，精轧机压下电机励磁线包频繁烧损，仅2013年就烧损3次，造成精轧机停机17h，电机维修费用达17万元，严重影响生产。同时，由于压下电机运行温度高，只要空水冷却器风机故障，必须停机更换风机，防止励磁线包烧损。精轧机压下电机采用空水冷却器密闭循环的冷却方式，空水冷却器风机强迫电机内部空气通过空水冷却器的冷却管流通，流通过程中，冷却管中的水带走空气中的热量，冬季空水冷却器中的水温约为23℃，夏季约为38℃。经实际测量，精轧压下电机励磁线包运行温度高达126℃左右。2012年12月，对压下电机冷却情况进行试验，利用环境温度为7℃的空气直接冷却电机内部2h后，压下电机励磁线包温度上升至110℃。可见使用最低温度为23℃左右的空水冷却器冷却，励磁线包温度必然要高于110℃。对比粗轧机压下电机，同样工作在额定状态，使用空水冷却器冷却，粗轧机压下电机励磁线包温度只有40℃，据此判断精轧机压下电机存在严重质量问题。为保证精轧机安全稳定运行，可选用优质直流电机达到降低励磁线包运行温度的效果，但需要投资160万元左右，因此较经济的方式是从控制方面人手，降低直流电机励磁线包发热。

2、改造方案

根据电机铭牌，精轧机压下电机励磁线包额定电流为24A，额定电压220V，根据直流电阻发热公式，可从以下方面降低直流电机励磁线包运行温度。

（1）降低励磁线电压U。在一定温度下，励磁线包电阻为常数，电阻两端电压和电流成正比。因此，在温度一定情况下，降低电流即等于降低电压，只要确定了电流值，电压值也随之确定。由于直流电机励磁线包形成磁场主要和电流有关，因此减低励磁线包运行温度的方法考虑从降低励磁电流人手。

（2）降低励磁电流。精轧机压下电机是他励式直流电机，电枢回路和励磁回路均由西门子系列全数字紧凑型整流装置供电。6RA70装置的电枢电源和励磁电源相互独立，励磁电源是恒流源，电流n殳定好后就不再改变。根据欧姆定理，电压随着温度变化引起的电阻值变化自动补偿，不受人为控制。因此降低励磁电流，虽然可降低线包发热温度，但会造成电机输出转矩减小.辊系动作变慢，影响轧钢速度。

（3）减少通电时间t。根据轧钢工艺，钢板在轧制过程中压下电机停止工作，这就给切断励磁电流，减少励磁电流通电时间提供了便利条件。为此，采用将精轧机压下电机由电流恒定控制变为间歇性控制的方法，降低线包发热温度。这必须解决好以下问题：①轧机压下运行过程必须保证励磁正常，防止压下电机在弱磁状态下超高速运行。②励磁电源频繁启动，不能影响电源寿命。

3、具体措施

3.1 精轧机压下电机励磁电流控制

精轧压下电机励磁控制采用励磁回路与主接触器一起合闸的方式，通过端子37控制励磁的启动和停止，端子37连接PLC输出继电器的控制信号，由励磁控制柜上的启动和停止按钮控制。按下励磁启动按钮后，PLC励磁启动继电器得电并自保持，端子37连接的继电器常开点闭合，励磁电流启动；按下励磁停止按钮后，继电器失电，励磁断开。利用继电器的触点代替主接触器的辅助触点控制励磁电源接通和断开。由于精轧压下电机励磁电源通过继电器控制，因此只要对继电器进行间歇性控制，就能达到间歇控制励磁电流的目的。

3.2 精轧机压下电机励磁间歇性供电实现

为在压下电机运行前使励磁电流达到额定值，防止压下电机在弱磁状态下超高速运行。励磁控制继电器的得电启动励磁需要比压下电机启动命令有一个提前量，即在压下电机启动命令发出前先发励磁启动命令。分析精轧机控制过程，精轧机压下电机抱闸启动的时间比压下电机运行早700ms，而且每次压下电机运行前必须打开抱闸，压下电机停止运行抱闸闭合。因此，利用控制抱闸打开，闭合用的继电器控制励磁线圈的启动和停止，可实现上述功能。励磁控制PLC采集抱闸继电器的触点信号后，通过控制继电器接通和断开，控制励磁通断。

4、设备改造效果

通电时间减少，励磁线包发热量下降，节约电能。根据精轧机压下电机工作过程，精轧机轧制每块钢板需要约1min，压下电机动作时间共约10s，改进后励磁电流通电时间为原来1/6，避免励磁线包运行过热。随着温度的降低，励磁线包电阻随之减少，6RA70整流装置的励磁电源是恒流源，励磁电流不变，励磁电压随着励磁电阻的减少而减少，励磁线包的功率随之减少，进一步减少了励磁线包发热量。

作者简介

王猛，毕业于济南大学电气工程与自动化专业，目前为山钢集团莱钢宽厚板事业部运行车间助理工程师。