T650W轧机主传动轧制能力的提升研究

梁日栋，刘金波，潘河明

（宝武集团广东韶关钢铁有限公司，广东 韶关 512000）

韶钢3450mm中厚板轧机生产线于2005年建成投产，轧机主传动采用日本TMEIC公司生产的三电平矢量IEGT交直交变频器和大功率凸极交流同步电动机进行变频调速。同步电机功率8000kW×2，转速90rpm～220rpm，额定电压3150V，过载能力225%1min/275%10s。电机轴各带一个解析器Resolver，检测速度和磁极绝对角度。2005年投入运行以来主传动相对比较稳定，故障率低。近年来3450mm中厚板轧机主传动实际轧制能力未能达到设计值，致使实际生产有如下问题。①轧制压下量给定小，轧制道次多，节奏慢，机时产量较低；②由于道次多，薄规格板温降大，容易刮框；③轧机对钢坯加热程度依赖高，某些轧制工艺温度要按上限来控，增加了煤气消耗；④雪橇效果不明显，不能在线有效改善钢板叩头现象，机械冲击较大；⑤制约了高强度大压下量新品种钢的开发。四辊轧机主传动实际轧制能力不足已经成为中厚板生产线提高产能及降低成本的瓶颈。

1 主传动存在问题及分析

（1）主传动存在问题。轧机主传动存在问题主要是轧制时速降过大，如生产船板采用较大压下量轧钢时，主传动速度很慢，与给定速度相差较大，如图1所示。在生产高强船板25mm左右压下量，整个道次给定速度为80m/min，咬钢后实际速度反馈介于10m/min～20m/min之间，轧钢速降过大，此时传动柜整个道次上下主电机电流均已达到设定电流限幅值，为额定电流的234%（此现象偶道次出现情况较多，奇道次还有一定余量），再加大压下量会使主电机堵转甚至跳闸。主传动存在的另一问题是直流母线过电压，报OVP(正侧直流过电压)或OVN(负侧直流过电压)故障，为压下量或轧制力较大时，主传动堵转情况下引起，如图2所示。主传动实际轧制能力不足，致使轧制压下量小，轧制道次多，生产成本增加。

图1 主传动轧制曲线（来自ODG记录）

（2）主传动轧制实际轧制能力不足原因分析。主传动轧制实际轧制能力不足，如生产高强船板25mm左右压下量轧钢时主电机电流已达到限幅值，而轧机转速上不来甚至跳闸，是因为传动矢量控制精度降低，使电机白出力而实际转矩大大低于设计值。而传动矢量控制精度则依赖于解析器对同步电机磁极绝对角度的检测。由于解析器安装角和同步电机磁极角之间必然存在一个偏移角，同步电机控制需要电机磁极的绝对角度，并使用电机的磁轴位置作为电流控制轴，所以必须在调整中消除偏移角。一般应用中，同步电机控制需要用预置的偏移角进行控制。解析器安装好后只要偏移角被调整和确定，电流控制轴就可以通过解析器位置检测轴加上偏移角得到。但是如果更换解析器后机械角度被改变，需重新调整偏移角。如果使用之前的偏移角进行同步电机控制，可能造成电流控制轴和磁极轴位置错位，电机转矩输出不足，严重将导致同步电机失速进入失控状态。

图2 直流母线过电压

同步电机的电流控制是基于解析器位置检测计算出的轴和预置偏移角，基速以下正反向旋转时偏移角错位会造成电机特性差异。无负载运行时，逆变器的输出电压被输出到磁极位置方向以平衡电机产生的感应电压，此时逆变器正反向旋转输出电压间的角度偏差就意味着偏移角的错位，输出电压角度偏差最终表现在D轴方向的电压参考值（ED_R）上。如图3所示。

图3 主传动无负载正反向旋转下的特性曲线（录波仪）

从图3可以看出，电机以相同的速度（基速以下）正反向旋转时，D轴方向电压参考值（ED_R）有偏差，偏移角错位，同步电机的磁极位置和解析器给出的电流控制轴位置不匹配，导致矢量控制精度降低，电机带载运行正反转时输出转矩不同。

同步电机轴安装的解析器输出位置和速度信号，原型号为TS2062N21E10。导致偏移角错位的原因是解析器有时会因温度原因导致输出位置信号产生偏移，导致同步电机转子位置角精度发生变化。

另一种情况是长期大电流冲击轧制工况导致磁极可能产生变化也会导致转子位置角的变化。由于主传动控制系统对同步电机转子初始位置没有自动定位，传动系统对主电机转子初始位置定位不准确，致使控制精度降低，电机实际出力不够，轧制模型需根据实际轧制情况减少压下量，增加道次来减少轧机速降，防止主传动报堵转过电压故障。因此，有必要调整偏移量来校正检测到的磁极位置，以进行精确的转矩控制。

2 主传动问题解决措施及实际效果

通过转子磁极位置偏移角调整校正，主传动轧制奇偶道次轧制能力基本平衡，解决了偶道次轧制力明显小的问题，同时过电压跳闸问题也得到改善。但因TS2062N21E10解析器无温度补偿功能，且属于大电流冲击负载，传动系统对电机磁极位置的检测精度仍会逐渐下降。

（1）升级速度位置检测解析器。将解析器TS2062N21E10升级更换为TS2062N31E10。TS2062N31E10内部有温度补偿线路，可以根据温度的变化削减因此导致的位置信号偏移。通过对主轧机传动系统参数进行优化修改，使轧机轧制能力提高。①升级解析器Resolver增加温度补偿功能，保证主传动磁极位置定位精度；②主传动参数优化，调整MS_QR_TRUEDAT_T参数，使ED_R处于同一水平/位置，无论是正向或反向旋转（基速以下）。③调试投入SFC(模拟跟随控制)功能，用SFC转速与电机转速反馈相减，得到受外扰影响下的速度偏差，微分后推算出外扰的补偿转矩，经过限幅输出，叠加到转矩环节的转矩给定上，改善轧机扭振。

（2）实际效果。主传动解析器升级和同步电机磁极位置校正后，电机正反向旋转时（基速以下无负载运行）D轴电压参考值（ED_R）在同一水平/位置，如图4所示。轧机轧制力较改造前大幅提高，热负荷试车生产即可达到原有生产能力。主转动轧制能力提升后，轧制节奏提高10%，机时产量达到150t/h，增加了薄规格产品比重、提高了倍尺率及成材率、降低能耗以及扩宽了轧制品种，提高了吨钢经济效益。

图4 解析器升级后的主传动正反向旋转特性曲线

3 结语

针对轧机主传动轧制能力不足和过电压跳闸问题进行了分析研究，同步电机磁极位置偏移角错位是导致轧制能力不足的原因并提出了相应的改善措施。轧机主传动实际轧制能力得到提升后动态响应、正反转轧制能力相同，保证了原轧制模型内所有钢种的正常轧制，无需减少压下量，增加道次轧制，提高了机时产量，降低了能耗以及扩宽轧制品种，创造了一定的经济效益。