轧钢系统自动控制技术分析

边 军

(大连弘达电气股份有限公司， 辽宁 大连 116023)

引 言

钢铁行业有很多要求调速的生产机械，对电气控制系统有严格要求，如调速范围、静差度、动态响应、恒张力等。过去，由于交流电动机控制系统不能满足这些要求，因此直流电动机一直占据主要地位。但是，直流电动机有很多难以克服的缺点，如换向器与电刷需定期检查、调整与更换，电刷与整流子之间经常会产生火花，直流电机体积大、质量重、转动惯量大，制造大容量及高转速的直流电动机比较困难等。而随着电力电子技术和微电子技术的发展和应用，交流调速系统不仅克服了直流调速系统的缺点，还充分发挥了交流调速系统固有的优点，使其调速性能与直流调速性能完全一样，甚至还优于直流调速系统，如飞轮力矩小、交流系统的过渡过程快、采用同步电动机时主回路功率因数高等。但是，从成本来看，交流调速一般比直流调速系统贵，所以，在选择传动方案时，宜进行细致的技术经济比较后确定[1]。

虽然长期以来在调速领域里一直是直流传动占统治地位，近些年随着电力电子技术的发展，交流调速与直流调速相比，交流调速采用变频装置增加的成本已能由采用交流电动机而节约的成本所补偿。采用矢量控制后，交流调速的性能也能做到和直流调速一样，因此在许多直流调速的世袭领域里出现了以交流调速取代直流调速的趋势[2]。

轧钢机主传动的特点是传动系统功率大、过载能力强、动态响应快、力矩脉动小。由于轧钢机对传动系统的要求较高，所以长期以来一直采用直流传动技术[3]。但是，直流电动机的结构上存在换向问题，有不少众所周知的缺点及难以克服的难题，限制了直流传动的发展。交流电动机能够克服直流电动机的缺点，其结构简单坚固、维护工作量小、效率高、动态性能好，单机容量可以突破直流电动机的功率、转速极限，具有许多直流电动机无法比拟的优点。因此，采用交流传动取代直流传动一直是传动技术的努力方向。自从1980年世界上第一台交流变频调速系统成功地用于轧钢机主传动以来，交流传动技术在轧钢机主传动的应用得到了不断的发展。目前，采用全数字控制的交流传动调速系统性能己经大大超过直流传动调速系统，交流传动技术在新建的轧钢机主传动中已经成为主导技术[4]。

1 交、直流传动的比较

交流传动与直流传动方式各有特点，现简要进行比较[5]，如表1所示。

随着轧钢工艺向着节约能源，高精度，高质量，多品种发展，现代轧机传动日益大型化。例如，热连轧主传动功率为7000～10000 kW，大型中厚板炉卷轧机传动已达12000 kW，显然交流电机具有优越性。

而对于交流电机的控制来说，又主要分为交-交变频调速和交-直-交变频调速系统，二者的特性如表2所示[6-7]。

表1 交流传动与直流传动的比较

表2 交-交变频调速和交-直-交变频调速的比较

通过表2可知，两种交流变频调速装置各有优、缺点，如强调调速性能，交-直-交变频装置调速性能优于交-交变频装置。

2 应用分析

轧钢设备按生产工艺大致分为棒材、高速线材轧机，中厚板轧机，热连轧板卷轧机，冷连轧板卷轧机。据不完全统计，在最近几年建设或改造的机组中，棒材、高速线材类轧机还是以直流传动为主，如表3所示。

交、直流传动技术在中国钢铁业的领头羊——宝钢公司的应用[8]，如表4所示。

表3 近年来建设的机组传动类型

表4 宝钢公司的机组传动类型

可以看出，出于综合考虑，国内用户在建设新项目或设备改造时[9-10]，并非完全采用越新越好的策略，而是以性价比最高为导向，所以说国内直流传动和交流传动在目前乃至往后一个阶段内，还处于你中有我、我中有你的交错格局。

3 结束语

钢铁系统的轧机主传动已普遍开始采用交流传动装置。为适应交流传动而开发的交流变频系统从C/C交流变频到IGBT，GTO，GCT，IEGT，IGCT等功率元件组成的变频系统相继出现，而且还在继续涌现。由于每种功率元件和其组成的变频装置相互之间性能上存在差异,因而使其在不同的功率、频率等的应用中具有自己独特的领域和定位。

变频器正在向大容量、低成本、高功率因数、低谐波、高效率、高性能方向发展。交-直-交变频器性能指标优异,电气传动采用交-直-交变频器已是大势所趋。近年来交流传动系统有了很大的发展，中小功率交流调速传动已趋成熟，在工业系统中多有采用；随着电力电子技术的发展,新型交流传动必将取代直流传动，面对新兴技术的挑战，应大力提倡新技术、发展新技术、应用新技术。