背景技术
对于高速线材连轧机主/辅传动,以往均采用直流传动,但是,考虑到直流传动电动机的故障率和运行维护成本远高于交流传动,故此,目前国内外高速线材主/辅传动设备普遍采用电压源型公共直流母线方式的交直交变频传动。很多以前采用直流主/辅传动的高速线材生产线纷纷进行主/辅传动改造,将原来的直流主/辅传动全部或部分升级改造成交流主/辅传动。然而,为了尽可能地降低主/辅传动一次性改造的投资成本,有相当一部分高速线材生产线只将直流电动机运行环境差、维护量大、运行成本高以及冲击负荷大的直流传动改造成交流传动。通常将高速线材粗中轧机组以及预精轧机组的各机架主传动逆变器分别挂接在几个不同的公共直流电压母线上,而将高速线材轧机前后区辅传动(除粗轧机组后回转剪以外)逆变器分别挂接在两条公共直流电压母线上,并且,公共直流电压母线一般采用基于晶闸管的整流器,尤其是用于给轧机主传动逆变器供电的公共直流母线整流器。为了降低设备投资以及避免基于晶闸管的整流器其进线电源供电中断而导致整流器故障,每条公共直流电压母线的整流器采用不带有源回馈单元的形式。这样,在轧制过程中,逆变器向直流母线回馈的过多能量将通过公共直流母线上挂接的脉冲制动电阻来吸收。从节能的角度来说,应尽可能通过主/辅传动逆变器的组合使得在同一条公共直流母线下的一部分逆变器向直流母线回馈能量与另一部分逆变器向电动机供电的能量基本达到平衡,以此来减小脉冲制动电阻所消耗的电能。对于高速线材轧机主/辅交流传动而言,为了达到最佳的节能效果,通常应将粗轧机组后的大功率回转剪(一般传动电动机的功率在400KW左右)的交流传动逆变器挂接在粗轧机组轧机主传动公共直流母线上,如果粗轧机组主传动没有改造成交流传动,则可将回转剪传动逆变器挂接在中轧机组或预精轧机组主传动公共直流母线上,这样,可以保证在绝大多数情况下大功率回转剪剪后以数倍电动机额定转矩制动时其回馈至直流母线的电能不会被直流母线脉冲制动电阻所消耗,而是被机架主传动有效利用。但是,如果将大功率回转剪传动逆变器挂接在中轧机组或预精轧机组主传动公共直流母线上,则必须考虑大功率回转剪的制动与同在一个公共直流母线上的轧机机组末机架的抛尾有时会同时发生,在这种情况下,如果大功率回转剪逆变器所在的公共直流母线没有足够容量的电容器(一般约为常规公共直流母线所配电容器容量的两倍),则在大功率回转剪的制动与相应轧机机组末机架的抛尾同时发生时,大功率回转剪逆变器所在的公共直流电压母线会出现过电压的现象,由此导致部分机架主传动逆变器跳电封锁。马钢第三钢轧总厂线材生产线在2003年仅将12#至14#机架的一预精轧机组、15#至17#机架的二预精轧机组以及辅传动改造成交流传动,并将粗轧机组后的大功率回转剪(468KW)传动逆变器挂接在12#至14#机架的一预精轧机组传动公共直流母线上。由于该公共直流母线的电容器容量仅仅是按照常规配备的,这样,当大功率回转剪的制动与一预精轧机组末机架(14#机架)的抛尾同时发生时,一预精轧机组的12#至14#机架传动逆变器中就会有部分或全部因直流母线过电压而跳电,机组末机架(即14#轧机)抛尾刚好与粗轧机组后的1#大功率回转剪的制动同时发生,并且机组末机架在抛尾瞬间其主传动电动机的反向制动转矩达到了电动机额定转矩的17%,由于末机架抛尾瞬间其机械动能回馈速度过快,使得轧机机组传动公共直流母线电压瞬间达到了过电压动作值,导致公共直流母线上的12#和13#轧机传动逆变器因直流母线过电压而跳电的故障。
为了解决这个问题,目前只有大大地额外增加公共直流母线的电容器容量,不过这种做法不仅大大地增加了设备的占地面积以及一次性投资成本,而且还增加了设备的运行成本。
综上所述,现有技术中存在如下技术问题:高速线材连轧机将粗轧机组后大功率回转剪的交流传动逆变器挂接在中轧机组或预精轧机组主传动公共直流母线上,由于很难避免大功率回转剪的制动与同在一个公共直流母线上的轧机机组末机架的抛尾不会同时发生,这样,回转剪逆变器所在的公共直流电压母线必然有时会出现过电压的现象,由此而导致部分机架主传动逆变器跳电封锁。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高速线材轧机抛尾速升机械动能回馈速率的控制方法,解决上述技术问题。
具体技术方案如下:
一种高速线材轧机抛尾速升机械动能回馈速率的控制方法,采用如下步骤:
(1)预设控制程序,该控制程序的控制对象为末机架抛尾速升机械动能回馈至直流母线的电能大小和/或速率大小,其中,高速线材轧机及包括末机架的各机架主传动逆变器分别挂接在几个不同的公共直流电压母线上;
(2)该预设的控制程序控制末机架抛尾速升机械动能回馈至直流母线的电能大小和/或速率大小;
(3)所述控制程序通过控制电动机反向制动转矩来控制上述电能大小和/或速率大小,其中,所述电动机为每台轧机的主传动电动机;
(4)所述控制程序通过控制上述电动机反向制动转矩进一步控制直流母线电压。
进一步地,粗轧机组后大功率回转剪的交流传动逆变器挂接在轧机主传动公共直流母线上,当所述大功率回转剪的制动与同在一个公共直流母线上的轧机机组末机架的抛尾同时发生时,所述控制程序限制该末机架抛尾期间的反向制动转矩。
进一步地,所述控制程序包括轧机机组中一个轧机主传动电动机的实际转矩绝对值形成单元,轧机主传动电动机的实际转矩绝对值小于10%电动机额定转矩检测单元,轧机主传动电动机的实际转矩绝对值小于10%电动机额定转矩的脉冲前沿设别单元,末机架抛尾反向制动转矩限制状态记忆单元,脉冲前沿延时单元。
进一步地,所述控制程序使用第一标号轧机抛尾状态作为末机架主传动电动机反向制动转矩限制的起始点,各个单元或模块的算法为:
1)当该轧机主传动电动机实际转矩小于其10%电动机额定转矩,所述脉冲前沿设别单元产生一个短时脉冲,将末机架抛尾反向制动转矩限制状态记忆单元的输出端Q处于‘1’态,当该控制端(即输出端)为‘1’态,轧机逻辑顺序控制系统将末机架主传动的反向制动转矩限幅值切换至最小值;
2)所述控制程序通过脉冲前沿延时单元延时后,将末机架抛尾反向制动转矩限制状态记忆单元输出端Q的状态复位至‘0’态;
3)轧机逻辑顺序控制系统将末机架主传动的反向制动转矩限幅值切换至正常值。
进一步地,所述步骤(4)中所述直流母线电压在大功率回转剪制动过程中,被控制在小于直流母线过电压动作值。
进一步地,所述步骤(3)中所述电动机反向制动转矩达到-17%的电动机额定转矩。
进一步地,所述反向制动转矩限制为-2%的电动机额定转矩。
进一步地,所述脉冲前沿延时单元用于控制末机架抛尾瞬间机械动能回馈最大允许时间。
进一步地,所述轧机为轧机机组末机架前的一个轧机。
进一步地,步骤1)中所述轧机逻辑顺序控制系统将末机架主传动的反向制动转矩限幅值切换至-2%的电动机额定转矩;步骤3)中,轧机逻辑顺序控制系统再将末机架主传动的反向制动转矩限幅值切换至-70%的电动机额定转矩;所述脉冲前沿延时单元延时为2.5秒。
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细描述,其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
马钢第三钢轧总厂线材生产线一预精轧机组12#~14#轧机主传动以及位于粗轧机组后的1#大惯性回转剪均采用西门子MASTERDRIVE变频传动,并且这几台传动逆变器均挂接在同一个公共直流母线上,由一台不带有源回馈单元的可控硅整流器供电。每台轧机主传动电动机功率均为780KW,1#回转剪传动电动机功率为468KW,整流器三相交流进线额定电压为690V。在三机架和回转剪非制动运行过程中,直流母线电压一般在944V左右。每台传动逆变器自带两组电容器,用于电能缓存,为防止过多的传动再生制动动能回馈至直流母线而导致直流母线电压过高,在直流母线上挂接了一定功率的脉冲制动电阻,用于消耗直流母线上过多的电能。自09年8月底以来,线材一预精轧机组12#~14#轧机主传动在正常轧钢状态下时常因直流母线过电压而跳电,其中12#轧机主传动出现该故障的概率比其它几个机架主传动高得多。通过对各机架以及1#回转剪的速度和转矩波形图分析,线材12#~14#轧机主传动时常直流过电压而跳电几乎均发生在1#回转剪在剪切后的制动过程中,并且一预精轧机组末机架(14#轧机)正在抛尾后的再生制动时刻。通常1#回转剪在剪切后的再生制动过程的初期就可使直流母线电压达到母线脉冲制动电阻动作电压阀值(1158V)以上,最后在脉冲制动电阻的作用下,直流母线电压被维持在1171V(=169.7%×690V)左右;另外,14#轧机抛尾后进入再生制动过程的迅速相当快(约为40ms),并且在这短暂的时间内,14#轧机抛尾后再生制动而产生的回馈电能可使直流母线电压从正常值(约944V)迅速上升至1007.4V。这样,如果14#轧机抛尾后的再生制动过程刚好发生在1#回转剪剪切后的制动过程中,那么,由于14#轧机抛尾后制动使直流母线电压上升的速度相当快(约为40ms),而直流母线脉冲制动电阻单元的响应时间大于40ms,这样,必然导致14#轧机抛尾后的再生制动而产生的回馈电能使直流母线电压从1#回转剪制动过程中所维持的电压值(约1171V)迅速上升至主传动直流母线过电压动作值(约1220V)。故此,为了防止该故障的发生,就必须要控制一预精轧机组末机架(14#轧机)抛尾瞬间机械动能回馈至直流母线的速度。正是基于这种控制理念,我们独立地设计了一种高速线材轧机抛尾速升机械动能回馈速率的控制方法,该方法的控制程序结构图如图1所示。
该高速线材轧机抛尾速升机械动能回馈速率的控制程序主要由12#轧机主传动电动机实际转矩(TN12act.)绝对值形成单元(PDHSC10)、12#轧机主传动电动机实际转矩(TM12act.)绝对值小于10%电动机额定转矩检测单元(PDHSC20)、12#轧机主传动电动机实际转矩(TM12act.)绝对值小于10%电动机额定转矩的脉冲前沿设别单元(PDHSC30)、末机架(14#机架)抛尾反向制动转矩限制状态记忆单元(PDHSC40)以及用于控制末机架(14#轧机)抛尾瞬间机械动能回馈最大允许时间的脉冲前沿延时单元(PDHSC50)。为了实现轧机抛尾速升机械动能回馈速率的控制,对高速线材轧机来说,只有通过控制轧机抛钢速升期间的电动机反向制动转矩,因为在轧机抛钢速升期间电动机反向制动转矩的大小决定了抛尾瞬间机械动能回馈至直流母线的速率和大小。这样,当大功率回转剪的制动与同在一个公共直流母线上的轧机机组末机架(14#轧机)的抛尾同时发生时,可通过限制该末机架抛尾期间的反向制动转矩(如限制为-2%的电动机额定转矩),使得末机架抛尾速升机械动能回馈至直流母线的电能大小和速率能够被控制在一定的范围内,以此来避免因末机架抛尾瞬间过大的电动机反向制动转矩(一般能够达到-17%的电动机额定转矩)而导致直流母线电压在大功率回转剪制动过程中所维持的电压值基础上迅速上升至直流母线过电压动作值。从高速线材轧机的工艺特点以及控制要求可知,在轧机正常轧制的动态调速过程中(除轧机抛尾期间外),轧机主传动电动机根本不会进入反向制动状态,故此,为了防止末机架抛尾而导致直流母线过电压,对于每根轧件,可采取在末机架抛尾前、抛尾期间以及抛尾后的短暂时间内对末机架的反向制动转矩进行限制。据此,该轧机抛尾速升动能回馈速率控制程序使用12#轧机抛尾状态作为末机架(14#轧机)主传动电动机反向制动转矩限制的起始点,即一旦12#轧机主传动电动机实际转矩小于其10%电动机额定转矩的状态(即12#轧机抛尾状态)成立,则脉冲前沿设别单元(PDHSC30)将产生一个短时脉冲,使得末机架(14#机架)抛尾反向制动转矩限制状态记忆单元(PDHSC40)的输出端Q处于‘1’态,而当该控制端(即输出端)为‘1’态时,轧机逻辑顺序控制系统(PLC)将使末机架(14#轧机)主传动的反向制动转矩限幅值切换至最小值(如-2%的电动机额定转矩)。考虑到12#轧机抛尾到14#轧机抛尾的间隔时间大约为1秒,而正常轧制过程中前后两个轧件的间隔时间最短为2.5秒,故此,该控制程序通过脉冲前沿延时单元(PDHSC50)延时2.5秒后又将末机架(14#机架)抛尾反向制动转矩限制状态记忆单元(PDHSC40)输出端Q的状态复位至‘0’态,即末机架(14#机架)抛尾过程结束,这样,轧机逻辑顺序控制系统(PLC)再将末机架(14#轧机)主传动的反向制动转矩限幅值切换至正常值(-70%的电动机额定转矩)。这样也就完成了对末机架抛尾速升动能回馈速率的控制,从而彻底地避免了高速线材轧机机组末机架抛尾与大功率回转剪制动同时发生时所产生的直流母线过电压现象,末机架抛尾速升机械动能回馈速率的控制状况,机组末机架(即14#轧机)抛尾虽然刚好与粗轧机组后的1#大功率回转剪的制动同时发生,但是,由于机组末机架在抛尾期间采用了机械动能回馈速率的控制,其主传动电动机在抛尾瞬间的反向制动转矩仅能达到电动机额定转矩的2%,这样,末机架在抛尾时其机械动能仅有部分被缓慢地回馈至直流母线,由此避免了末机架抛尾与1#大功率回转剪制动同时发生时而导致直流母线过电压故障。
同样,如果高速线材大功率回转剪的交流传动逆变器挂接在中轧机组公共直流母线上,考虑到轧件尾部在机架间的行走时间较长,故此只要将中轧机组末机架前一个机架的抛尾时刻作为中轧机组末机架抛尾反向制动转矩切换的起始点即可。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述,显然本发明具体实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进,或未经改进直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围之内。