不锈钢钢管轧机电气控制系统研究与应用
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摘要：本文研究了不锈钢钢管轧机的电气控制系统改造，通过淘汰原有传动方式，改用变频器控制运行，使电机运行速度可调，启制动时间可调，通过在变频器安装制动电阻，使电机的启动电流变少，减小对机械和电气设备的冲击，设备可靠性高。通过接触器控制和开关切换，把对热线生产时间的延误尽可能减到最小，保证了正常的生产。
关键词：轧机 电气 控制系统
中图分类号：TG146.21，TG156.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）05-0066-01
0 前言
钢管轧机是轧钢车间重要的设备[1]，在钢管生产中被广泛应用。太钢不锈钢钢管公司轧机电气控制系统利用电子开关柜控制，由于电子开关柜设备已运用多年，设备老化，系统稳定性不高，特别是电子开关柜抽屉的插头和插座的配合，由于频繁插拔，损坏比较快，由此而造成的生产停机时间较长，增加了生产的成本，而且增加了职工的劳动强度。
轧机电气控制设备是电子开关柜带交流电机直接启动[2]，启动电流较大，一般为额定电流的5-7倍，电机启动时对机械设备冲击大，对液压泵冲击大，长时间容易造成联轴器损坏。由于系统控制线路220V、110V、24V电源交叉在一起，设备连锁装置信号繁琐，不利于安全、稳定运行，设备电源繁琐，不易控制，影响正常的生产。
为解决以上问题，特别是要面对产量不断增加的要求，根据生产实际和工艺要求决定对电气系统进行改造，以提高收集设备的生产效率，适应生产的需要。
1 设计方案
针对驱动方式、启制动时间、电机正反转速度、工作效率以及双机热备等作了充分的考虑，具体方案是：
（1）淘汰原有传动方式，改用变频器控制运行，使电机运行速度可调，启制动时间可调，减小对机械和电气设备的冲击。为了提高设备运行的可靠性，我们采取了双机热备的形式，只要变频器发生问题，值班人员可以把变频器切除，投入接触器运行，以保证尽快恢复生产。（2）通过接触器控制和开关切换，实现双机在线热备，两套系统的切换速度小于1.5分钟。把对热线生产时间的延误尽可能减到最小。（3）控制信号进入PLC，其信号连锁由PLC处理，去掉110V电源，并把24V和220V线路分开使用，提高了设备运行的安全性，并作操作台和系统控制室之间的连锁，提高操作人员的操作安全系数。（4）对油泵电机进行变频改造，可以起到节能的目的。由于节能主要与轧制工艺过程相关，做出一个准确的计算比较困难，一般来说，经过改造油泵电机可以节能在30%～50%之间。
2 选择驱动液压泵的电动机
2.1 电动机的选型
鼠笼异步电动机的连续运行特性很好，其转距受负载波动的影响较小，启动转距也较大，启动特性好，效率高，噪声低，适合于工况使用。
2.2 电动机容量的计算
在卷取液压系统中，电机处于连续恒负载运行的工作状态，当电动机在恒负载运行期间，使电动机的温升达到稳定值，便作为连续负载考虑。
驱动液压泵的电动机根据驱动功率和泵的转速来选择。
在整个工作循环中，驱动泵的电动机功率为：
P功率=（pp*qvp）/ηp
式中：pp=液压泵的最大工作压力
qvp=液压泵的输出流量
ηp=液压泵的总效率
P功率=（pp*qvp）/ηp=（8mp*2.89L/s）/89.4%=35.97kw
根据驱动功率和液压泵的转速来选择电机，使电动机的超载量都在允许的范围之内，一般电动机在短时间内可允许超载25%，根据计算的数据，查电机产品样本，选用45kw的电动机。
2.3 交流电动机的控制选择
变频调速可对普通的笼型异步电动机实现宽范围的无极调速，具有机械特性硬，调速精度高，启动电流小及效率高等优点。交流电动机的调速方式可通过改变定子电压来调节电动机的转速，但机械特性变软，调速范围小。由于在调速时转差功率不随转速而变化，调速范围宽，无论是高速还是低速时效率都很高，系统所采用的变压变频器的控制类型为交—交变压变频器，它只有一个变换环节，把恒压恒频的交流电源直接变换成变压变频器。
2.4 控制系统配置
（1）电机
型号：Y225M—4，其电机参数如下：
额定功率：45KW； 额定电流：84A；
额定转速：1480RPM； 功率因数：0.92；
（2）控制装置
经过分析，变频器作为控制系统只是给电机提供电源，且电机无反馈系统，所以只要给出指定频率，电机就会按照指定频率和电机固有特性运转，变频器系统内部设定电机的极对数，不会影响到电机转速，只要保证变频器能够提供足够的电流即可，考虑到电机额定功率为45KW，考虑到设备的容量和备件的通用性，通过察看设备选型手册，我们把电机的控制变频器型号都选择为三垦SPF-45K型变频器。
（3）制动刹车电阻的选择
为防止设备在启动时启动电流过大，造成对设备的损坏，应在变频器安装制动刹车电阻，以保证设备安全、可靠的运行，根据设备使用的电机功率为45KW和选用的变频器的型号，查看刹车电阻选型手册，选择型号为：460V系列—VFDB4945型制动刹车电阻，等效最小电阻值20ā。
（4）设置基频
电机在基频以下，变频器的输出电压随输出频率的变化而变化，V/F=常数，适合恒转矩负载特性。基频以上，变频器的输出电压维持电源额定电压不变，适合恒功率负载特性。基频参数设置应该以电动机的额定参数设置，而不能根据负载特性设置，即使电动机选型不适合负载特性，以必须尽量遵循电动机的参数，否则，容易过流或过载。如图所示，电动机的额定工作频率为50HZ，额定电压380V。
3 结语
本文研究了不锈钢钢管轧机的电气控制系统改造，通过淘汰原有传动方式，改用变频器控制运行，使电机运行速度可调，启制动时间可调，通过在变频器安装制动电阻，使电机的启动电流变少，减小对机械和电气设备的冲击，设备可靠性高。通过接触器控制和开关切换，实现双机在线热备，两套系统的切换速度小于1.5分钟，把对热线生产时间的延误尽可能减到最小，保证了正常的生产，满足了快节奏生产的需要。减少了职工的劳动强度，提高了工作效率，而且还可以起到节能的效果。
参考文献
[1]陈伯时.电力拖动与自动控制原理，北京，机械工业出版社，2002.
[2]李刚.变频器控制原理与应用.北京，电子工业出版社，2000.