SM150变频调速系统的应用及性能测试

本文介绍了国内某钢厂中厚板生产线轧机主传动变频调速系统的配置情况，详细分析了西门子公司高压交直交变频装置SM150的控制原理和技术特点，并对该系统的静态、动态特性进行了现场测试。

【关键词】主传动 中压交直交变频调速 三电平PWM 矢量控制

目前中厚板轧机不断向高刚性、高自动化的方向发展。用户对产品的内在质量（各种理化性能），外在质量（成品的几何尺寸、厚度误差、凸度及平直度等）的要求越来越高。而生产厂又希望在满足用户要求的前提下提高产量、降低消耗。这就对中厚板厂的轧机及其传动系统提出了较高要求。

该钢厂中厚板生产线工程，按双4300mm轧机布置，设计生产能力180万吨/年，其主传动采用的是西门子公司的基于IGCT的三电平交直交变频调速装置SM150。SM150整流部分采用的是PWM整流技术，因此可以实现四象限运行，能量可以双向流动，实现了网侧电流正弦化，并且可以运行于单位功率因数，真正实现了“绿色电能变换”。逆变部分采用的是基于磁场定向的矢量控制技术，磁场定向控制是以交流电动机的双轴理论为依据，仿照直流电动机的控制方式，把定子电流中的励磁电流分量和转矩电流分量解耦开来。运用先进的控制技术使得采用矢量控制的交直交变频系统在低速时也能获得优良的静态和动态性能，即使在零转速时也能有较大的力矩输出。因此完全满足中厚板轧机低速、大容量、有大转矩过载能力的要求。

1 变频调速系统的构成

SM150由以下七个部分组成。

IGCT功率元件、D445控制器、速度检测模块SM30、电压或电流检测元件AVT、电压传感模块VSM10、冷却设备、励磁部分。

2 变频调速系统的性能测试

在主传动交流调速系统调试运行期间对该系统的性能进行了测试，其中粗轧机上部主电机的测试结果及分析如下：

2.1 稳态速度精度

测试条件：恒定负载，速度给定为最大速度的60%，记录时间为1.5s。

测试结果如图1所示。由图可知，该调速系统的稳态调速精度

2.2 无载情况下速度控制的响应时间

测试条件：电动机不带载的情况下，速度给定为2%的阶跃信号，记录实际速度第一次达到给定值时的时间。

测试结果如图2所示。由图可知，速度控制的响应时间为34.32 ms ≤ 35 ms，同时变频器的力矩输出值小于限制值。

2.3 带载情况下速度控制的响应时间

测试条件：电动机带载的情况下，速度给定为2%的阶跃信号，记录实际速度第一次达到给定值时的时间。

测试结果如图3所示。由图可知，速度控制的响应时间为55 ms ≤ 65 ms，同时变频器的力矩输出值小于限制值。

2.4 反转时间

由图4可以看出，电机从反向最大转速到正向最大转速的时间为1.6s。

2.5 转矩脉动

由图5可以看出，在恒定转速和负载的条件下，由电流脉动引起的转矩脉动小于0.8%。

3 小结

该厂中厚板生产线带负荷一次投运成功，主传动设备运行良好，可靠性高，节能效果显著，各项指标达均到了设计要求，调速精度和动态性能达到国内先进水平，对保证新厚板生产线的产品质量起到了至关重要的作用。

作者简介

张明智（1982-），硕士研究生学历。现为中国移动通信集团设计院有限公司山东分公司工程师。

作者单位

中国移动通信集团设计院有限公司山东分公司 山东省济南市 250022