高壓變頻器裝置在熱連軋層流冷卻系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　層流冷卻工藝是熱連軋精軋后續(xù)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于900℃左右的熱板進(jìn)行冷卻，以保證下道工序卷曲的順利進(jìn)行。此環(huán)節(jié)決定著板材的光滑度和表面質(zhì)量、成品率、價(jià)格，應(yīng)用高壓變頻裝置是保證此環(huán)節(jié)質(zhì)量的第一方案。
1 高壓變頻裝置的工作原理
（1）原理框圖

（2）裝置原理
　　如上圖，該裝置是主要由變壓器部分、變頻器部分、控制器及輸出部分等組成，直接由10KV系統(tǒng)供電，經(jīng)裝置工作后輸出0—10kV電壓，控制電機(jī)運(yùn)行。
　　變壓器：具有移相功能，副邊繞組分為三組，采用延邊三角形接法，構(gòu)成48脈沖給每個(gè)功率單元供電，同時(shí)在輸入側(cè)配置檢測(cè)電壓和電流的器件以及溫度檢測(cè)器件。
　　變頻器：是單元串聯(lián)的多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使24個(gè)功率單元每8個(gè)串聯(lián)構(gòu)成一相，再并聯(lián)組合成高壓變頻器。
　　功率單元具有旁路功能則是保證當(dāng)某個(gè)功率模塊發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)旁路運(yùn)行，變頻裝置不停機(jī)，但需降額使用，即在每個(gè)功率單元輸出端之間并聯(lián)旁路電路，當(dāng)功率單元故障時(shí)，封鎖對(duì)應(yīng)的功率單元IGBT的觸發(fā)信號(hào)，然后讓旁路的SCR導(dǎo)通，保證電機(jī)電流通過(guò)，仍形成回路。為保證輸出的三相電壓對(duì)稱(chēng)，在旁路故障功率單元的同時(shí)另外兩相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)功率單元也同時(shí)旁路。
　　通過(guò)每個(gè)單元輸出端子的串聯(lián)組成星型接法給電動(dòng)機(jī)供電，并通過(guò)對(duì)每個(gè)單元的PW／Vl波形進(jìn)行組合，得到dv／dt小的PWM波形。
　　控制器：由高速單片機(jī)和工控Pc機(jī)等元件組成，優(yōu)化電機(jī)運(yùn)行性能，采用無(wú)速度傳感器的直接矢量控制，算法精確，邏輯合理。并且提供友好的中文WINDOWS監(jiān)控和操作界面，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。內(nèi)置的PLC進(jìn)行開(kāi)關(guān)信號(hào)的邏輯處理，以及與現(xiàn)場(chǎng)各種操作信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)（包括DCS／RS485／Profibus／Modbus／以太網(wǎng)等）的協(xié)調(diào)，還可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的要求擴(kuò)展開(kāi)關(guān)量，保證系統(tǒng)的靈活性。
（3）變頻器設(shè)置保護(hù)功能
　　變頻器設(shè)置過(guò)電流、過(guò)電壓、欠電壓、缺相、短路、超頻、失速、功率器件的過(guò)熱、瞬時(shí)停電等保護(hù)。
2 應(yīng)用的基本要求
　　層流冷卻工藝對(duì)變頻器設(shè)置要求有效控制水泵電機(jī)的各種運(yùn)行工況，包括軟起動(dòng)、控制變速、定速帶載運(yùn)行、正常停機(jī)以及緊急停機(jī)等。
　　變頻裝置及其輔助設(shè)備，應(yīng)有良好的可控性能、合理的運(yùn)行操作方式及就地起停、調(diào)試和正常／事故情況下所必須的測(cè)量、控制、調(diào)節(jié)保護(hù)及報(bào)警等設(shè)施，以保證水泵的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
　　符合現(xiàn)場(chǎng)的情況包括：與水泵有關(guān)的廠用電系統(tǒng)接線（電源）、額定電壓、額定電流、現(xiàn)場(chǎng)諧波情況等，保證變頻裝置能夠長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。
　　采用標(biāo)準(zhǔn)化的元件和模塊化的設(shè)備設(shè)計(jì)，以適合設(shè)備使用時(shí)更換的需要。用于保護(hù)、控制、聯(lián)鎖與報(bào)警的部件（如PLC、中間繼電器、開(kāi)關(guān)、指示燈等），必須保證質(zhì)量?jī)?yōu)良、準(zhǔn)確可靠。
3 應(yīng)用結(jié)果分析
　　結(jié)合變頻裝置的工作原理和應(yīng)用的基本要求，通過(guò)實(shí)際運(yùn)行，其運(yùn)行結(jié)果如下：
　　（1）裝置功能完善，運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠。不論是軟起功能、變速控制、定速帶載、正常停機(jī)、緊急停機(jī)，還是保護(hù)功能、自檢功能，都由裝置完成，即保證和完善了原有控制如液力偶合器控制等的功能，有較之繼電保護(hù)功能更全，更靈敏。使運(yùn)行更可靠更穩(wěn)定。
（2）變頻裝置與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)無(wú)縫接口，滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。變頻裝置與現(xiàn)場(chǎng)接口表如下：

　　變頻裝置按照節(jié)點(diǎn)狀態(tài)自動(dòng)高速、低速按現(xiàn)場(chǎng)要求的設(shè)置運(yùn)行。并且裝置自帶的轉(zhuǎn)速測(cè)定，為現(xiàn)場(chǎng)直接提供電機(jī)的轉(zhuǎn)速指示，使運(yùn)行情況更直觀。高精度，全范圍的調(diào)速，以及完善的通訊接口，可以同控制系統(tǒng)進(jìn)行極好的配合。
　　（3）裝置調(diào)試簡(jiǎn)單，維護(hù)量小。由于采用矢量控制，PLC邏輯控制，變頻調(diào)速裝置在出廠前，已經(jīng)按照工藝參數(shù)進(jìn)行了編程設(shè)計(jì)和出廠調(diào)試，使得在現(xiàn)場(chǎng)只按照運(yùn)行情況進(jìn)行復(fù)調(diào)和復(fù)檢即可，整體設(shè)備集成度高，使得維護(hù)量很小。
　　（4）電機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟起、軟停、變頻調(diào)速、運(yùn)行全功能，變頻裝置提供的無(wú)諧波干擾的正弦波，減少了電機(jī)故障，延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命和維修周期。并且變頻調(diào)速裝置功率因數(shù)，高速時(shí)，接近于1，低速時(shí)大于95％ ，而以往的液力偶合器高速時(shí)功率因數(shù)為0．84，而低速時(shí)效率和功率因數(shù)極低，功率因數(shù)有時(shí)只有0．6左右，而且調(diào)速范圍達(dá)不到要求。變頻軟起動(dòng)損耗很小，只有直接啟動(dòng)的1／10，每年的起動(dòng)節(jié)能是非常可觀的。而液力偶合器不能實(shí)現(xiàn)真正的軟啟動(dòng)，雖然可以空載啟動(dòng)，但是在從動(dòng)軸的啟動(dòng)過(guò)程中，能耗無(wú)法有效消除。
　　變頻調(diào)速裝置的停機(jī)率非常低，而液力偶合器在絕大多數(shù)情況下，必須停機(jī)，影響整個(gè)機(jī)組的安全運(yùn)行，加大了起、停損耗，同時(shí)整體的停機(jī)損失大大增加。
　　（5）變頻調(diào)速裝置的輸入輸出諧波都滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)電網(wǎng)和電機(jī)影響極小，起動(dòng)、運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小。屬環(huán)保型，綠色產(chǎn)品。
　　（6）模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)方便，具有非常強(qiáng)的自檢功能，單元故障時(shí)，可不停機(jī)降額運(yùn)行，整機(jī)故障可旁路至工頻運(yùn)行。完善的各種保護(hù)和自檢功能，通過(guò)各種安全措施，避免了很多場(chǎng)合下不必要的停機(jī)所造成的損失。
　　（7）全中文的操作界面，操作簡(jiǎn)單，故障情況也可一目了然。
　　（8）高壓變頻調(diào)速裝置節(jié)電率高達(dá)30％ ～60％。以每年運(yùn)行300天計(jì)，節(jié)電在1944000kwh～3888000kwh。本地區(qū)工業(yè)電價(jià)約為0．5元/kwh，則每年節(jié)電費(fèi)約為97．2萬(wàn)元-194．4萬(wàn)元，相對(duì)于投資（每套系統(tǒng)投資約80萬(wàn)元）來(lái)說(shuō)其效益是相當(dāng)可觀的。
4 結(jié)束語(yǔ)
　　高壓變頻調(diào)速裝置在層流冷卻工藝中的成功應(yīng)用，以其顯著的節(jié)能效果和良好的系統(tǒng)相應(yīng)、控制品質(zhì)，證明了高科技術(shù)的美好發(fā)展前景。但由于大功率晶閘管等電子器件的生產(chǎn)工藝在我國(guó)還不能滿(mǎn)足要求，需原裝進(jìn)口，造成成本20％ ～30％的增加，是我們應(yīng)用者期待盡快解決的困擾。我們相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)隨著我國(guó)改革開(kāi)放進(jìn)程和技術(shù)革命的進(jìn)步，高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)將進(jìn)一步完善、裝置的成本也會(huì)大大降下來(lái)，以滿(mǎn)足不同行業(yè)技術(shù)改造要求。