三菱复励直流电动机4象限调速改造

支成勇，朱德忠，刘韬

（1.山西太钢不锈钢股份有限公司，山西太原 030003；2.江西旅游商贸职业学院，江西南昌 330100）

三菱复励直流电动机4象限调速改造

支成勇1，朱德忠2，刘韬2

（1.山西太钢不锈钢股份有限公司，山西太原 030003；2.江西旅游商贸职业学院，江西南昌 330100）

介绍了对太钢热连轧1 549 mm生产线进行电气、自动化系统改造时，利用西门子6RA70直流调速装置拖动老型号日本三菱复励直流电动机在重载应用方面的技术对策和调试方法，以及复励电机绕组结构改变后，电流调节器、速度调节器的动态优化调试方法。改造后系统运行稳定，达到了降低能耗，提高控制精度的目的。

西门子6RA70直流调速装置；复励电机绕组改造；手动系统优化；重载应用

1 引言

太钢热连轧厂1 549 mm生产线于2002年进行了全线电气、自动化系统改造，电气控制系统由德国西门子公司设计。轧机的传动、压下、弯辊、窜辊、润滑、换辊、冷却、活套、侧导、板型控制、测量系统等轧制工艺技术指标，由30余套TDC控制系统共同实现。轧钢机电动机驱动由SIMADYN-D系统控制。

技改中采用最先进的现场总线控制技术，通讯系统GDM网、工业以太网、PROFIBUS-DP网。GDM网络传输高速全局过程控制数据，工业以太网与各PC终端通过HMI服务器交换数据，提供操作界面，用于程序调试、故障诊断、画面显示。

轧线C2，C4辊道电机为1992年建厂时从日本引进的二手三菱复励直流电动机，其电枢、励磁、换向、串励绕组较特殊，调速性能较差、能耗高。

本文将阐述采用西门子6RA70直流调速装置拖动老型号日本三菱复励直流电动机在重载应用方面的调试方法，以及复励电机绕组结构改变后，电流调节器、速度调节器的动态优化调试。

2 复励电机绕组结构及传动控制方式

电机基本技术数据为：电机功率55 kW；额定转速512/1 000 r/min；定子绕组电压220 V；定子额定电流27.7 A；转子绕组电压-220～220 V；转子额定电流277 A。制造商为日本三菱。

原传动系统的启动、正反控制原理示意图如图1所示。

图1 原传动系统原理示意图Fig.1 Electrical schematic of old drive control system

由图 1 可知，主回路有 3 个绕组：L1，L2，L3。其中，L1为电枢绕组；L2为换向绕组，L3为串励绕组。励磁回路1个绕组：L4为他励绕组。R1，R2为启动电阻；R3为能耗电阻，R4，R5为分压电阻；XC1为线路接触器；AC1，AC2为启动接触器；FC为正向接触器；BC为反向接触器。

原系统通过AC1，AC2的投切实现电机的启动，通过FC，BC的投切实现电机的正反转。

空载时，流过L3的电流较小，电机磁通小，电机弱磁运行，转速较高。重载时，流过L3的电流较大，电机磁通较大，甚至满磁，电机转速较低。

原传动系统存在的缺点分析如下：1）系统运行速度不可控，无法与轧制线其它设备进行速度匹配；2）功率因数低；3）能耗大，不能适应当前设备精细化管理的要求；4）系统老化，故障率高，影响生产进度、维护费用高等。

3 全数字直流调速系统

3.1 控制系统的基本构成

新调速系统采用SIEMENS 6RA70 SI-MOREG DC MASTER系列整流器，主要技术特点如下：6RA70为全数字紧凑型整流器，输入为三相电源，可向变速直流驱动用的电枢和励磁供电，选择4象限工作的装置，传动控制、调节、监视及附加功能都由微处理器来实现。装置软件存放在快闪（Flash）EPROM中。

功率部分：电枢回路为反并联的2个三相全控桥（B6）A，（B6）C。励磁回路采用单相半控桥B2HZ。电枢和励磁回路的功率部分为电绝缘晶闸管模块，其散热器不带电。冷却：强迫风冷（风机）。

改造后的辊道控制柜控制原理如图2、图3所示。

图2 传动控制电气原理图Fig.2 Electrical schematic of drive control system

图3 传动控制参数连接图Fig.3 Interface of drive control system

3.2 改造后的传动系统功能说明

3.2.1 控制命令与速度给定

按工艺流程的要求，本系统应该具备连续生产和设备检修（自动和手动）2种工作方式，即连续生产时为自动模式，C辊道接受来自TDC过程控制系统的启、停命令及速度给定值（连续可变），TDC与6RA70通过现场总线通讯；设备检修时为手动模式，C辊道接受来自现场操作台的启、停命令及速度给定值（多个固定给定值）。为此，6RA70需选配CBP2通讯板和CUD2端子扩展板。

CBP2通讯板如图4所示。

图4 CBP2通讯板Fig.4 Communication board CBP2

3.2.2 BICO数据组切换

2套BICO数据组的切换实现由1个选择开关给出，经DI输入。6RA70调试界面如图5所示。

图5 6RA70调试界面Fig.5 Commissioning interface of 6RA70

P690为选择控制字的源，0：来自于DP网络K3001；1：来自于开关量输入。

速度给定值可以来自DP网络K3002，也可以来自固定值设定P401，P402，P403。

3.3 电机绕组改变

如图1所示，原传动系统运行时，电机可正反转，L1，L2流过的电流可逆，而L3流过的电流单向，励磁为电压控制。

新系统控制原理如图2所示，流过L4的电流可动态调节，故励磁为电流控制；电枢的控制将很困难：如果将电枢绕组L1、换向绕组L2与串励绕组L3串联，L3将流过可逆电流。实践证明，L3电流反向时，传动控制系统震荡，电机温度迅速上升。如果将电枢绕组L1，L2串联，L3短路，此时，电机不能完成重载启动。

因此，必须将电机L3绕组进行改造后接入励磁定子绕组回路中，改造后额定励磁电流仍然为27.7 A，详细方案本文不涉及。

3.4 系统电流调节器手动优化、速度调节器手动优化

电机改造以后，在调试过程中执行优化运行，按以下规定的次序来执行：预控制和电流调节器，速度调节器，励磁减弱控制，摩擦转矩和转动惯量补偿。电机运行时，尤其是带重载时，电机换向火花大。因此，只能进行手动优化系统。

电枢回路电阻P110：

此公式根据的是经验值：从断续电流到连续电流的转折大约为30%的电动机额定电枢电流。

励磁回路电阻RF（P112）的手动设置：由电动机额定励磁数据粗略估算励磁回路电阻RF（P112）为

此公式的依据是在额定电枢电流下，电枢回路电阻RA上的压降为10%的额定电枢电压。电枢回路电感P111：

依上式计算：P110约为0.079，P111约为1.9，P112约为10。

3.5 带载调试

使用Drivemonitor调试软件可方便地进行传动系统参数设置（如图6所示）。在线监控、记录动、静态特性曲线，空载降速波形如图7所示，带载升速波形如图8所示，带载降速波形如图9所示。

图6 参数设置界面Fig.6 Interface of parameter setup

图7 空载降速波形Fig.7 Speed decrease without load

图8 带载升速波形Fig.8 Speed increase with load

图9 带载降速波形Fig.9 Speed decrease with load

由图7～图9曲线可见：电流响应快，速度跟随性好。

4 结论

通过对电机绕组改造，实现了与6RA70驱动器的最佳匹配，提高了传动控制系统的稳定性、可靠性及易维护性。对动态特性手动优化后，能耗降低，控制精度大大提高，设备调试一次试车成功。

修改稿日期：2014-03-14

Rebuild of 4Q Commissioning About Mitsubishi Compound Excitation DC Motor

ZHI Cheng-yong1，ZHU De-zhong2，LIU Tao2
（1.Taiyuan Iron&Steel（Group）Co.，Ltd.，Taiyuan030003，Shanxi，China；2.Jiangxi Tourism and Commerce Vocational College，Nanchang330100，Jiangxi，China）

While reforming to electric automatization system for Taigang hot rolling production line at 1 549 mm，a technical strategy and debug method is elaborated on application to heavy-load while make use of Siemens SIMOREG DC MASTER 6RA70 to drive the old type of Mitsubishi compound DC motor，and a dynamic optimization debug method of current regulator and speed regulator after compound motor winding structure changed.After transformation，the system is running stability，and achieve the goal which the energy consumption is reduced while the control accuracy is improved.

Siemens SIMOREG DC MASTER 6RA70；rebuild of compound excitation motor coil；manually optimize of system；application of heavy load

TM33

B

支成勇（1969-），男，本科，电气工程师 ，Emial：zhicy@tiso.com.cn

2013-09-17