摘 要：本文主要介紹了直流母線技術在濟鋼中板廠新上剪切線上的應用。對系統(tǒng)的組成，功能特點，現場問題的解決措施做了簡要闡述。該系統(tǒng)節(jié)能效果明顯，易于實現網絡控制，操作簡單方便，具有很好的推廣應用價值。 一、引言 　　在工業(yè)生產中，采用交流電動機與變頻器相結合的交流調速已極為廣泛。交流變頻調速技術優(yōu)越的調速性能和顯著的節(jié)能效果，使其成為現代化電氣傳動的主要發(fā)展方向之一。變頻調速是交流電動機調速的發(fā)展趨勢，使用變頻器的電控系統(tǒng)，操作比較方便，易于控制，而且又能實現軟啟動和軟停車，不僅消除了因直接掛網而引起的對電動機及設備的機械沖擊，而且也消除了對電網的沖擊，還可以降低供電變壓器的容量。 　　為了適應總公司品種質量需求，濟鋼中板廠于2005年開始新建一條鋼板剪切線，設計時所有設備均采用交流電機驅動，由于整條生產線采用全自動控制，在線電機就存在頻繁的啟動與制動，在輥道傳送鋼板時，負載慣性大，制動時，從電機大量反饋回直流環(huán)節(jié)的能量將抬高直流環(huán)節(jié)電壓。針對上述存在問題，為了充分解決能量反饋問題，最理想的是把電機能量反饋回電網，這種系統(tǒng)不但性能好、運行效率很高，而且運行經濟節(jié)能。鑒于以上原因，整條剪切線電機傳動系統(tǒng)采用羅克韋爾公司公共直流母線技術，由二套整流/回饋單元給公共直流母線供電，所有逆變器均掛接在直流母線上，構成一個公共直流母線調速系統(tǒng)。 二、系統(tǒng)特點 　　一般使用獨立的變頻裝置驅動都需要增加反饋電網的裝置或制動電阻，否則無法順利使用。采用反饋電網的方式，其投入成本高，電路復雜，保養(yǎng)維護困難。采用制動電阻因為反饋能量大，消耗功率大，制動功率大也是不經濟的方式。如何把負載慣量產生的電能再生利用，就成為關鍵技術之一。 　　公共直流母線的原理就是將變頻器分解為兩個部件，即整流器部分和逆變器分開。一臺較大的整流裝置可以供應多臺逆變裝置，每臺逆變器的直流母線均并聯(lián)在一起。因此逆變器反饋的能量可以彼此的再生利用。所有逆變器能量不足的部分在有整流橋提供，由交流電源供電，因此這種應用方式節(jié)電率最高。同時可以提高設備運行可靠性，減少設備維護量和設備占地面積等。所以公共直流母線技術越來越廣泛地應用于多電機傳動系統(tǒng)中，不僅可以獲得高精度調速系統(tǒng)，而且還可以取得很好的節(jié)能效果。 三、公共直流母線控制系統(tǒng)的組成 　　公共直流母線控制系統(tǒng)通常由整流/回饋單元、公共直流母線、逆變單元等組成。主回路部分為交直電壓型，功率單元采用IGBT組件，在濟鋼中板剪切線上應用的最大輸出功率分別為2000kW和1500KW。該整流回饋單元具有功率因數高、輸出紋波小、性能可靠、系統(tǒng)穩(wěn)定性好等特點。 　　3.1整流/回饋裝置 　　整流/回饋單元把交流電源轉換為電壓穩(wěn)定的直流電源，即使在逆變器能量回饋到電網時，該電壓在規(guī)定范圍內仍保持恒定。整流/回饋單元的功率部分一般由2個反并聯(lián)晶閘管橋組成，可在輸入端電網和逆變器中間回路之間整流和回饋。 　　3.2逆變器 　　逆變單元把電壓穩(wěn)定的直流電源轉化為電壓、頻率可調的交流電源，以滿足電機平滑調速的目的。 [align=center] 逆變器原理圖[/align] 四、系統(tǒng)應用 　　濟鋼中板廠滾切式雙邊剪和定尺剪系統(tǒng)設計交流調速電機150臺，分別由46套調速裝置控制。其中雙邊剪剪切區(qū)共有92臺交流電機，定尺剪剪切區(qū)公有58臺交流電機。這些電機均要求工作在頻繁起制動狀態(tài)，且具有良好的調速性能和調速精度，對定位精度有嚴格的工藝控制。 　　4.1 方案的產生 　　根據雙邊剪生產工藝的要求，剪切區(qū)輥道擔負著輸送鋼板和控制剪切步長的任務，這就要求輥道電機的工作特性要與夾送輥的工作特性保持一致，具有相同的加速度和線速度。系統(tǒng)的自動控制主要有過程級PLC和傳動級PLC構成，過程級PLC主要完成系統(tǒng)工藝控制，傳動級PLC主要完成輥道等設備的連鎖控制和保護。傳動級PLC通過CNB獲取所有逆變器和操作臺的相關信號，通過內部邏輯組合產生對輥道等設備的控制信號。自動時根據主剪對輥道的要求，由過程級PLC通過控制網傳給傳動級PLC，再經由1203-CN1傳送到各逆變器的速度給定上，以最終調整輥道速度或是控制某一系統(tǒng)的運行，停止等。同時通過控制網將監(jiān)控各系統(tǒng)的運行級故障狀態(tài)。 輥道工作曲線如圖所示： [align=center] 輥道工作狀態(tài)示意圖[/align] 　　由輥道電機的工作曲線可以看出，輥道電機始終工作在啟動、制動狀態(tài)。因此，輥道屬頻繁起、制動工況，恒力矩負載，并有不規(guī)則的負載沖擊，對調速裝置提出了較高的制動要求。眾所周知，轉差矢量控制技術很好的解決了調速低頻段電機的力矩和寬范圍快速調節(jié)電機力矩的問題，而且VVVF電壓型逆變器很適合多機拖動系統(tǒng)。在輥道傳送鋼板時，負載慣性大，制動時，從電機大量反饋回直流環(huán)節(jié)的能量將抬高直流環(huán)節(jié)電壓。處理反饋能量的方法有許多中，最理想的是把電機能量反饋回電網，這種系統(tǒng)不但性能好、運行效率很高，而且運行經濟節(jié)能、系統(tǒng)技術含量高、運行穩(wěn)定、維護量大大減小。鑒于以上原因，剪切區(qū)輥道電機傳動系統(tǒng)采用羅克韋爾公司公共直流母線技術，由兩套整流/回饋單元給公共直流母線供電，所有逆變器均掛接在直流母線上，構成一個公共直流母線調速系統(tǒng)。 　　4.2 系統(tǒng)組成 　　由于剪切區(qū)輥道電機較多，根據其工藝控制要求，將電機分組控制，以簡化系統(tǒng)配置和系統(tǒng)結構。每組電機都有單獨逆變器驅動。系統(tǒng)配置圖所示： [align=center] 公共直流母線系統(tǒng)配置圖[/align] 　　整流回饋單元采用通過IGBT的能量反饋方式。在回饋橋和電網間將回饋橋的輸入電壓升高20%，以實現沒有電壓降的回饋。中間回路電壓通過相位角變化進行調整，中間回路電壓由一個帶微處理器的數字調節(jié)器自動調節(jié)。逆變器由中間回路直流電壓利用脈沖寬度調制方法（PWM）生成一個交流變頻系統(tǒng)，裝置由內部閉環(huán)電子線路控制，功能由裝置軟件提供，采用有速度傳感器的矢量控制模式。速度給定信號由PLC運算后通過Controlnet網傳給每套驅動裝置，增加了系統(tǒng)的響應速度和控制精度及系統(tǒng)的抗干擾能力。 　　為了克服高次諧波電流干擾，造成電壓波形畸變，從而引起電機脈動，發(fā)熱及噪聲等，同時為了克服尖峰浪涌電壓使電動機絕緣提前老化，增加軸電壓。系統(tǒng)中采取了一下措施： 　　抗高擾措施：采用專用變壓器給整流回饋裝置供電，以其他系統(tǒng)分離;在整流回饋裝置前加裝濾波電抗器;在電機側增加專用電機保護裝置。 　　防止軸電壓措施：盡量縮短逆變裝置到電動機的配線;在電機輸入側增加濾波電抗器。 　　4.3 系統(tǒng)的優(yōu)點 　　公共直流母線系統(tǒng)是解決多電機傳動技術的最優(yōu)方案，很好地解決了多電機間電動狀態(tài)和發(fā)電狀態(tài)之間的矛盾。在同一系統(tǒng)中，同一時刻不同裝置可工作在不同的狀態(tài)，整流回饋單元保證了公共直流母線電壓的穩(wěn)定供給，又將多余的能量回饋給電網，實現了再生能源的合理利用。公共直流母線系統(tǒng)設備結構緊湊，工作穩(wěn)定。在多電機傳動系統(tǒng)中省去了大量的制動單元、制動電阻等外圍設備，節(jié)省了設備占地面積和設備維護量，減少了設備故障點，提高了設備的整體控制水平。同時運行后節(jié)電效果明顯，節(jié)電率在20%左右。 　　在輥道等多電機傳動的場合應用公共直流母線技術是輥道調速的一種發(fā)展方向，它能在取得較高的動靜態(tài)性能、調速精度的同時將系統(tǒng)再生能量加以合理利用和回收。該系統(tǒng)投入運行兩年來，運行穩(wěn)定，設備故障停機率幾乎為零，系統(tǒng)各項運行指標均滿足雙邊剪和定尺剪復雜生產工藝的要求。 　　4.4 前景應用 　　公共直流母線技術以其特有的優(yōu)勢成為將來主要發(fā)展方向，但是就某些已經改造完成的項目而言，新上一整套整流回饋裝置在經濟利益上并不劃算，但是考慮目前變頻器結構上的通用性，提出了另外一種改造方案，如下圖所示： 　　此種采用共用直流母線的控制方式，雖沒有回饋電網的功能，卻具有以下顯著的特點： 　　a. 共用直流母線可以大大減少制動單元的重復配置，結構簡單合理，經濟可靠。 　　b. 共用直流母線的中間直流電壓恒定，電容并聯(lián)儲能容量大; 　　c. 各電動機工作在不同狀態(tài)下，能量回饋互補，優(yōu)化了系統(tǒng)的動態(tài)特性 五、結束語 　　濟鋼中板廠新剪切線的公共直流母線自投用以來，運行非?？煽?，沒有出現過系統(tǒng)故障，具有直流供電穩(wěn)定，系統(tǒng)用電效率最高，電機返饋能量可以被利用，瞬功率因子較高,可達95%以上，電網諧波較低，允許頻繁起動操作等諸多優(yōu)點。因此公共直流母線技術及其變通的直流母線技術具有較好的應用推廣前景。