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[摘 要]绕线式异步电动机接触器全压正反转直接启动控制方式，频繁大电流大力矩启动造成：高耗能、电机和频敏电阻绝缘击穿烧损、接触器触头烧损、机械减速箱齿轮、曲柄轴、轴承不同程度磨损。采用ACS800变频DCT直接转矩控制，节电率达到了79%，同时大幅度降低电机启动电流，使电机启动平滑，以减少机械应力冲击，大幅度提高机械和电机使用寿命，双模式工作也有利于故障状态下的切换，避免影响生产。
[关键词]上料台架 ACS800变频器 DCT直接转矩控制 西门子制动单元和电阻 节能
中图分类号：TE357.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）19-0096-02
1 设备概述
湘钢高线厂二线主轧线上料台架电机应用绕线式异步电动机驱动（YZR315M-8（75KW，140A，725rpm，B3）），设计之初采用转子串频敏变阻器启动，启动频率高，每小时达百多次，每次运行4-6秒。由于设备复杂、启动频繁故加之大电流而故障率高。由于台架装置属于高频率启动、短时间运行的特性，每次启动电流高达五六百安以上，频繁大电流大力矩启动对绕组电机、接触器、机械减速机等设备冲击非常大，控制方式的落后直接造成：电耗的大量损失、电机和频敏电阻器击穿烧损、接触器触头灼烧烧损、机械减速箱齿轮、曲柄轴、轴承不同程度磨损。
2 改造方案
2.1 改造目标
1）大幅度降低电耗；
2）降低电机启动电流，使电机启动平滑，以减少机械应力冲击，大幅度提高机械和电机使用寿命；
3）双模式工作利于故障状态下的切换，避免影响生产。
2.2 变频器选型
随着变频器控制技术的提高，一种更高性能的控制方式开始得到应用：DCT直接转矩控制。ABB的ACS800系列变频器即是采用这种控制方式的典型变频器，该控制方式的优点是响应快、转矩大、效率高。DTC提供的精确的转矩控制使得ACS800能够提供可控且平稳的最大起动转矩。最大起动转矩能达到200%的电机额定转矩，这种控制适合于上料台架这种重负荷的高频率启动、短时间运行的特性，能够显著的达到节能的效果。
ACS800的自动起动特性超过一般变频器的飞升起动和积分起动的性能。因为ACS800能在几毫秒内测出电机的状态，任何的条件下在0.48s内迅速起动。而矢量控制变频器则需大于是2.2s，这种特性适合于台架手动操作时频繁点动、变频器快速跟随响应的运行控制。
因此，使用ACS800变频器对上料台架进行节能改造从理论上是可行的、显著的。我厂在风机改造中闲置型号为：ACS800-04M-0210-3+P901的变频器，完全满足上料台架的节能改造要求，不需要另外投入采购成本。
2.3 双模式控制方案
为了确保变频器改造后，即使变频器出现故障，台架电机仍能正常启动满足生产，保留原全压起动功能。两种模式切换主回路图设计要求要满足一是可以进行变频器和全压起动两种模式的切换，二是要与原控制系统进行衔接。双模式控制原理图如图3所示。
台架电机上闸为两种模式出线到电机的切换刀开关；QZ1和QZ2分别为变频控制和全压接触器两种控制模式的进线开关，这样可以保证变频器故障时，台架电机仍可起动，且在不停产情况下可以不带电处理变频器故障。
3 改造施工和调试过程
我们将主要设备和线路安装、运行参数设置完成，并用小电机进行了多次运行测试、参数调整。
测试中，将上料台架放上22支方钢，加上台架本身负荷共计总重近40吨，运行时变频器并发出母线过压报警DC BUS LIM（3211）。分析其原因，是该设备运行的特殊性，属于重负荷启动到顶部后大势能回落，造成电机转速高于同步转速（实际观察液晶控制盘显示电机频率高达60HZ）、势能回馈到变频器并发出母线过压报警。要解决此问题，须采购ABB专用的斩波器安装在ACS800变频器的内部，须另外投入采购费用、周期长。通过资料和实物研究，我们认为从ACS800变频器的内部将母线引出来，在外部接入西门子的制动单元与制动电阻，该装置直接从直流母线获取工作电压，同样可以达到降低母线电压的功能，而这些备件我单位已有现成的备件（型号为6SE7028-0EA87-2DA0 50KW、6SE7028-0ES87-2DC0 50KW，电压设置极限为两档，673V与774V，设置为673V即完全满足ACS800变频器母线限压要求）。随后，我们加装了西门子制动单元和电阻，并在测试中取得了成功，完全达到了原来直接启动的运行性能，启动电流在200A、仅维持零点几秒，随后在80A左右运行，起到了很好的节能效果、运行平滑，对设备的冲击也明显降低。在几天后轧制中，将该装置正式投入运行，运行正常稳定。
4 ACS800参数设定
ACS800系列变频器有工厂参数和用户参数，根据台架电机参数和现场工艺要求，重点对（1） 起动数据（2） 变频器控制参数（3） 给定选择（4） 加、减速时间（5） 限幅参数（6） 闭环控制以上参数进行了设定，如表1：
5 节能效益
ACS800变频器对上料台架的节能改造收到了显著节能效益，分为直接经济效益和间接经济效益。直接经济效益年节约电耗在40万元以上；而间接经济效益主要变现在台架电机使用变频控制后，几乎不产生冲击，减少了对绕组电机绝缘冲击和机械减速箱齿轮、曲柄轴、轴承磨损，大幅度延长了电气和机械被使用寿命和检修周期，节省了检修费用和时间，效益显著。
作者简介
陈超，男，1982年，湘潭钢铁集团有限公司，助理工程师，从事电气控制维护和管理工作。
[关键词]上料台架 ACS800变频器 DCT直接转矩控制 西门子制动单元和电阻 节能
中图分类号：TE357.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）19-0096-02
1 设备概述
湘钢高线厂二线主轧线上料台架电机应用绕线式异步电动机驱动（YZR315M-8（75KW，140A，725rpm，B3）），设计之初采用转子串频敏变阻器启动，启动频率高，每小时达百多次，每次运行4-6秒。由于设备复杂、启动频繁故加之大电流而故障率高。由于台架装置属于高频率启动、短时间运行的特性，每次启动电流高达五六百安以上，频繁大电流大力矩启动对绕组电机、接触器、机械减速机等设备冲击非常大，控制方式的落后直接造成：电耗的大量损失、电机和频敏电阻器击穿烧损、接触器触头灼烧烧损、机械减速箱齿轮、曲柄轴、轴承不同程度磨损。
2 改造方案
2.1 改造目标
1）大幅度降低电耗；
2）降低电机启动电流，使电机启动平滑，以减少机械应力冲击，大幅度提高机械和电机使用寿命；
3）双模式工作利于故障状态下的切换，避免影响生产。
2.2 变频器选型
随着变频器控制技术的提高，一种更高性能的控制方式开始得到应用：DCT直接转矩控制。ABB的ACS800系列变频器即是采用这种控制方式的典型变频器，该控制方式的优点是响应快、转矩大、效率高。DTC提供的精确的转矩控制使得ACS800能够提供可控且平稳的最大起动转矩。最大起动转矩能达到200%的电机额定转矩，这种控制适合于上料台架这种重负荷的高频率启动、短时间运行的特性，能够显著的达到节能的效果。
ACS800的自动起动特性超过一般变频器的飞升起动和积分起动的性能。因为ACS800能在几毫秒内测出电机的状态，任何的条件下在0.48s内迅速起动。而矢量控制变频器则需大于是2.2s，这种特性适合于台架手动操作时频繁点动、变频器快速跟随响应的运行控制。
因此，使用ACS800变频器对上料台架进行节能改造从理论上是可行的、显著的。我厂在风机改造中闲置型号为：ACS800-04M-0210-3+P901的变频器，完全满足上料台架的节能改造要求，不需要另外投入采购成本。
2.3 双模式控制方案
为了确保变频器改造后，即使变频器出现故障，台架电机仍能正常启动满足生产，保留原全压起动功能。两种模式切换主回路图设计要求要满足一是可以进行变频器和全压起动两种模式的切换，二是要与原控制系统进行衔接。双模式控制原理图如图3所示。
台架电机上闸为两种模式出线到电机的切换刀开关；QZ1和QZ2分别为变频控制和全压接触器两种控制模式的进线开关，这样可以保证变频器故障时，台架电机仍可起动，且在不停产情况下可以不带电处理变频器故障。
3 改造施工和调试过程
我们将主要设备和线路安装、运行参数设置完成，并用小电机进行了多次运行测试、参数调整。
测试中，将上料台架放上22支方钢，加上台架本身负荷共计总重近40吨，运行时变频器并发出母线过压报警DC BUS LIM（3211）。分析其原因，是该设备运行的特殊性，属于重负荷启动到顶部后大势能回落，造成电机转速高于同步转速（实际观察液晶控制盘显示电机频率高达60HZ）、势能回馈到变频器并发出母线过压报警。要解决此问题，须采购ABB专用的斩波器安装在ACS800变频器的内部，须另外投入采购费用、周期长。通过资料和实物研究，我们认为从ACS800变频器的内部将母线引出来，在外部接入西门子的制动单元与制动电阻，该装置直接从直流母线获取工作电压，同样可以达到降低母线电压的功能，而这些备件我单位已有现成的备件（型号为6SE7028-0EA87-2DA0 50KW、6SE7028-0ES87-2DC0 50KW，电压设置极限为两档，673V与774V，设置为673V即完全满足ACS800变频器母线限压要求）。随后，我们加装了西门子制动单元和电阻，并在测试中取得了成功，完全达到了原来直接启动的运行性能，启动电流在200A、仅维持零点几秒，随后在80A左右运行，起到了很好的节能效果、运行平滑，对设备的冲击也明显降低。在几天后轧制中，将该装置正式投入运行，运行正常稳定。
4 ACS800参数设定
ACS800系列变频器有工厂参数和用户参数，根据台架电机参数和现场工艺要求，重点对（1） 起动数据（2） 变频器控制参数（3） 给定选择（4） 加、减速时间（5） 限幅参数（6） 闭环控制以上参数进行了设定，如表1：
5 节能效益
ACS800变频器对上料台架的节能改造收到了显著节能效益，分为直接经济效益和间接经济效益。直接经济效益年节约电耗在40万元以上；而间接经济效益主要变现在台架电机使用变频控制后，几乎不产生冲击，减少了对绕组电机绝缘冲击和机械减速箱齿轮、曲柄轴、轴承磨损，大幅度延长了电气和机械被使用寿命和检修周期，节省了检修费用和时间，效益显著。
作者简介
陈超，男，1982年，湘潭钢铁集团有限公司，助理工程师，从事电气控制维护和管理工作。