TMEIC系列变频器在首钢京唐2250的应用

张晓爱

摘 要：本文主要介绍了TMEIC系列变频器在首钢京唐2250热轧生产线的应用，对现场实际配置进行了简要介绍，主要阐述了整流器及逆变器的工作原理，并针对几种常见的故障进行了简要分析并提出了解决方向。

关键词：整流器；逆变器；故障分析

中图分类号：TG43 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）10-0021-02

首鋼京唐2250热轧生产线传动设备主要采用日本TMEIC公司的产品。系统采用矢量控制，高精度的动态响应、稳态精度，且运行平稳、维护方便，达到了完美的控制效果。

1 现场传动设备

TMEIC传动系统大体可分为TMdrive_70，TMdrive_50和TMdrive_10系列。其中粗轧机和精轧机采用TMdrive_70系列，定宽机和卷取机采用TMdrive_50系列，辅传动采用TMdrive_10系列。

1.1 TMdrive-70

TMdrive-70系列，整流器和逆变器均是IEGT为功率元件的3电平IEGT PWM全数字矢量控制，主回路电源由35kV/3550V的整流变压器供电，柜内采用带热交换器的纯水装置进行冷却。现场TMdrive-70主要有以下几种配置：第1种配置为单套整流-单或多套逆变器用于同步电机传动，转子励磁回路由晶闸管整流装置供电，同步电机定子绕组采用单绕组或双绕组方式。第2种配置为单套整流-逆变器用于异步电机传动，异步电机定子绕组一般采用单绕组方式。

1.2 TMdrive-50

TMdrive-50系列，整流器和逆变器均是IGBT为功率元件的3电平IGBT PWM全数字矢量控制，装置由35KV/3550V的整流变压器供电，柜内由带热交换器的纯水装置进行冷却。现场TMdrive-50一般配置为：单套整流-多套逆变器并联用于大型异步电机传动；单套整流-多套逆变器分别驱动多个小型异步电机。

1.3 TMdrive-10

TMdrive-10用于辅传动，整流器采用晶闸管或IGBT作为功率元件，逆变器采用2电平IGBT PWM全数字矢量控制，装置由35KV/1040V或10KV/400V的整流变压器供电，采用内置的冷却风扇进行冷却。现场TMdrive-10配置为一套整流器带多组逆变器，逆变器又分为单个柜体式和多级抽屉式两种。根据工艺以生产要求，逆变器可单独或并联使用，驱动一个或一组电机旋转。

2 控制原理

TMEIC系列变频器控制方式主要是矢量控制，基本思路是模仿直流电机的控制方法，采用矢量坐标变换来实现对交流电机定子励磁电流分量和转矩电流分量的解耦控制，保持电机磁通的恒定，达到良好的转矩控制性能，实现高性能控制。

2.1 整流器控制电路原理

如图1所示。电压参考信号V_R和电压反馈信号VDC_F，两者之间的偏差经过比例/积分控制器、限幅和滤波处理后，输出系统控制电源的电流（IQ_R）。IQ_R在电流控制环节中分解为有功电流和无功电流，在D-Q坐标上作为直流量来处理，实现高性能控制。IQ控制：有效电流参考值用作IQ参考值，IQ参考值和IQ反馈信号输入并经过比例/积分处理输出EQ参考值。ID控制：电源的无功电流用作ID参考值，这个ID参考值和ID反馈信号输入经过比例/积分处理输出ED参考值。

在电压参考环节，还需要确定同步电源回路与主回路的相位差CNV-QO，由EQ_R、ED_R和CNV-QO可计算出三相电压参考，作用于脉宽调制控制电路。PWM控制部分输出门极脉冲信号，这些脉冲信号加在门极驱动板上，触发IEGT等功率元件导通或关断。

2.2 逆变器控制电路原理

如图2所示。速度编码器检测电机旋转角度或位置，并将检测到的信号SP_F反馈到速度给定环节。速度参考信号SP_R和反馈信号SP_F，两者之间的偏差经过比例/积分控制器、速度滤波和转矩限幅处理后输出最终的转矩参考信号T_R，也可分为两部分。转矩部分IQ控制：转矩参考值作为输入并除以磁通量来获得的一个IQ参考值，这个IQ参考值和IQ反馈信号通过比例积分输出，可最终获得EQ参考值。磁通部分ID控制：通过速度参考值可获得磁通量参考值，ID参考值相对应于磁通量，这个ID参考值和ID反馈信号通过比例积分输出，可最终获得ED参考值。

电流控制结果EQ_R、ED_R和磁通位置角作为输入，可计算输出三相电压参考，作用于脉宽调制控制电路。PWM 控制部分输出门极脉冲信号，这个信号加在门极驱动板上，GDM板放大此信号，促使IEGT等功率元件导通或关断。

3 故障及处理

3.1 电流保护

主要有逆变器输出过电流OCA、IEGT误动作导致过电流OCD、5分钟和20分钟过载检测报警OL5和OL20等。线缆绝缘等级降低、电机相间短接或对地短接，某一时刻负载过大都可能导致此类故障发生。

3.2 电压保护

主要有直流过电压OVP、OVN，直流欠电压UVP、UVN，控制电压欠电压UVA等。处理时可测量进线电压是否符合要求，也可能由柜内电路板损坏造成。

3.3 电机转速保护（逆变器设备）

主要有电机转速超过预设的超速OSS、输出频率超过预设的超频OSS_FO、速度编码器检测错误SP_ERR等。发生此类故障时主要是现场编码器有问题或线路损坏，也不排除柜内电路板或排线损坏的原因。

3.4 控制电路和电源检测错误

主要有同步电源丢失检测故障PLLPSF、相位熔断器熔断F_P和F_N、输出电流接触器打开故障ACSW、传输错误TL_F1～TL_F4等。供电电源幅值或相位不正常、瞬间电流电压过大烧毁击穿二极管或功率元件、接触器线路异常、通讯板卡损坏或掉电、传输光纤折断或污损等情况都有可能导致这些故障发生。

4 结语

在热轧生产线中，TMEIC变频器的高稳态精度、快速动态响应、低故障率、低维护成本等，使得TMEIC在钢轧技术领域有着广泛的应用。

参考文献

[1]IEGT Inverter， IEGT Converter，TMdrive-70， TMdrive-P70，Instruction Manual. 2008.06.