轧机直流调速电气传动系统偏差带

杨为民，许命寿

(1.洛阳正扬冶金技术股份有限公司，河南 洛阳 471003；洛阳有色金属加工设计研究院，河南 洛阳 471039)

1 系统偏差带的定义

从事有色金属加工设备(热轧机、冷轧机、铝箔轧机等)及其电控系统的设计，都会遇到直流调速电气传动系统控制精度-偏差带的问题。直流调速电气传动系统偏差带有三种定义。

(1)稳态调速精度

稳态调速精度是转速给定值n*与实际值n之差Δn的相对值(%)，其基值为转速给定值n*：

(2)另一种稳态调速精度

稳态调速精度是转速给定值n*与实际值n之差Δn的相对值(%)，其基值为电动机额定转速nN。在计算Δn时，要考虑供电电网电压变化、负载转矩变化和环境温度变化三大因素：

(3)偏差带

对偏差带，在GB/T12668.1-2002/IEC61800-1：1991 《调速电气传动系统第1部分：一般要求低压直流调速电气传动系统额定值的规定》(下文简称《规定》)中有定义与描述。天津电气传动设计研究所编著的《电气传动自动化技术手册》摘录并转载了该《规定》。

由《规定》的定义与举例可知，偏差带是指由于使用条件或工作条件在其规定范围内变化，直接受控变量在稳态条件时的总偏移，控制精度被定义为允许偏差带，偏差带是相对于最大值或最大理想值以±%来度量的。

2 实际用例

低压直流调速电气传动系统的工作偏差带和使用偏差带，是合约双方根据生产机械如冷轧机、铝箔轧机等的产品质量要求所确认的品质指标，用来评价或考核电气传动控制系统的品质。该指标可控，通过生产设备设计与制造者选择适宜的硬件或软件配置来实现，也需经过现场调试达到机械与电气设备相互磨合与稳定运行而实现。如果在合同中未规定或规定不完善或规定有不实之处，应通过协商规定新的偏差带，建议在轧机技术附件中采用偏差带定义。

(1)实例1

某Φ440/Φ1250mm×1800mm冷轧机参数：

主传动电动机：Z900-400-4，2000kW，660V，3250A，400/900rpm，2台；

开卷/卷取机电动机：Z4-450-42，453kW，400V，1251A， 360/1350rpm，2/3台；

开卷/卷取机张力：2.5～140kN/1.6～140kN。

传动系统偏差带(未规定工作偏差带和使用偏差带使，认为是总的偏差带)：

速度偏差带： ±(0.1%～0.2%) (稳态时)

± 0.5% (加减速时)

张力偏差带：±1%额定张力(稳态时)

±3%额定张力(加减速时)

偏差带是相对于最大理想值以±%来度量。对于2.25(900/400)︰1的弱磁系统和速度偏差带±0.2%的测速反馈系统，其速度偏差带计算结果如下：

900 r/min 最大理想值

±1.8 r/min 偏差

90 r/min 最大值值1/10

±1.8 r/min 偏差

400 r/min 基本转速

±1.8 r/min 偏差

其张力偏差带计算结果如下：

140 kN 最大理想值(即额定值)

±1.4 kN 偏差

加减速时，其速度偏差带计算结果如下：

900 r /min 最大理想值

±4.5 r/min 偏差

加减速时，其张力偏差带计算结果如下：

140 kN 最大理想值(即额定值)

±4.2 kN 偏差

(2)实例2

某Φ260/Φ700mm×1730mm铝箔精轧机参数：

开卷机电动机：Z4-315-21，143kW，400V，413A，450/1600rpm，1台；

Z4-250-41，67kW，400V，201A，450/1600rpm，1台；

开卷机最大张力：10kN；

主传动电动机：Z4-450-21，600kW，690V，930A， 630/1500rpm，1台，

卷取机电动机：Z4-315-21，143kW，400V，413A，450/1600rpm，1台；

Z4-250-41，67kW，400V，201A，450/1600rpm，1台；

卷取机最大张力：8.0kN。

传动系统偏差带(未规定工作偏差带和使用偏差带，认为是总的偏差带)：

速度偏差带： ±0.1% (额定值的)①(稳态时)

±0.4% (额定值的)①(加减速时)

张力偏差带：

开卷/卷取机张力偏差带：

± 1%额定张力 (稳态时)

± 3%额定张力 (加减速时)

对于2.38︰1的弱磁系统和速度精度±0.1%测速反馈系统，其速度偏差带计算结果如下：

1500 r/min 最大理想值

±1.5 r/min 偏差

150 r/min 最大值值1/10

±1.5 r/min 偏差

630 r/min 基本转速

±1.5 r/min 偏差

加减速时其速度偏差带计算结果如下：

1500 r/min 最大理想值

±6.0 r/min 偏差

150 r/min 最大值值1/10

±6.0 r/min 偏差

630 r /min 基本转速

±6.0 r/min 偏差

开卷机张力偏差带计算结果如下：

10.0 kN 最大理想值

±0.1 kN 偏差

卷取机张力偏差带计算结果如下：

8.0 kN 最大理想值

± 0.08 kN 偏差

加减速时开卷机张力偏差带计算结果如下：

10.0 kN 最大理想值

±0.3 kN 偏差

加减速时开卷机张力偏差带计算结果如下：

8.0 kN 最大理想值

±0.24 kN 偏差

3 总结

根据以上计算和其它指标可验收轧机。检测速度和张力偏差带的方法各用户不尽相同，归纳为以下几个步骤：一是空载(将电机与机械的联轴器或齿轮箱脱开)检测速度偏差带；二也是空载(但电机与机械的联轴器或齿轮箱联接)并零辊缝或设置小辊缝时检测速度偏差带。以上两步检测结果其速度偏差均在规定值之内时则应判定该直流调速电气传动系统速度偏差带是合格的；三是带负荷试车检测，以冷轧机为例，按双方约定准备负荷试车用料如10卷，每卷依次轧到最后或后两道次②时，检测速度和张力偏差带。

检测结果以及厚度和板型偏差均达到目标值并检测到多个卷的速度和张力偏差带在规定值范围内时，认定为合格。这是由于轧机直流调速电气传动系统属三阶闭环调节系统，该系统的调节时间为，从给定作用开始到被调量与给定量之间的偏差或超调量<2%所需时间；《规定》中调节时间定义为实际值进入偏差带±δ%且不再超出该偏差带的时间；此后轧机即进入稳态运行。由于轧机开始轧制其输出量即受到干扰，如该系统在单位阶跃扰动作用下其输出量在正、负之间振荡三次才平稳且其超调量还相当大。轧机轧制工况特点就是这种干扰接二连三且多个干扰重叠或交错在一起，导致速度或张力值超调，使轧机在某些轧制道次中难以或不能进入稳态运行。随着轧制道次的增加，厚度和板型的逐步改善渐趋目标值。这种超调以冷轧机为最大，如果铝箔精轧机残存较大超调量时，除关注来料等常规问题之外还应特别关注轧辊表面及其热凸度等。同样在铝箔轧机上，选定检测的60%及以上道次的速度和张力偏差带在规定值范围内时，可认定为该铝箔轧机品质指标合格。

检测计算速度和张力偏差带时应注意：(1)采样周期要比轧机控制系统采样周期长一些；(2)在计算偏差带时其基值为速度或张力最大值；(3)轧机控制性能指标不可能在任一轧制道次上都能达到；(4)轧机已进入热稳定运行状态且来料规格符合规定要素时进行这项检测最为适宜，因为进行这项检测需要安装专门的测量设备及运算软件如ibaAnalyzer等。

注： ①本轧机技术附件规定为额定值，应为最大值或最大理想值，故本例中取最大值；

②或双方约定在任一卷的任一道次中选足够数量的道次如选20道次中14道次的偏差带在规定值范围内等。