1 引言
寶鋼三期工程1420冷軋廠的酸軋機(jī)組由連續(xù)酸洗線（cpl）和1350mm五機(jī)架串列式冷連軋機(jī)（tcm）組合而成，該五機(jī)架的1、2、3號(hào)機(jī)架為上、下工作輥傳動(dòng)的四輥式cvc軋機(jī)，4、5號(hào)軋機(jī)為上、下支撐輥直接傳動(dòng)的六輥式cvc軋機(jī)。該主傳動(dòng)電機(jī)為隱極同步電機(jī)，采用了交—交變頻矢量控制系統(tǒng)simadynd，調(diào)速性能優(yōu)越，速度環(huán)靜態(tài)精度為0.01％，調(diào)節(jié)時(shí)間為50ms，電流環(huán)調(diào)節(jié)時(shí)間為6.5ms。
2 系統(tǒng)概述
五機(jī)架主傳動(dòng)控制柜控制系統(tǒng)主要由整流變壓器、主傳動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)、定子三相繞組供電的交－交變頻器晶閘管柜、轉(zhuǎn)子（激磁）繞組供電的整流晶閘管柜以及simadynd控制柜等組成，如圖1所示。
3 電機(jī)屬性
酸軋機(jī)組的五機(jī)架主傳動(dòng)電機(jī)采用西門子的交流同步電動(dòng)機(jī)，為（轉(zhuǎn)子）直流激磁的隱極同步電機(jī)。普通同步電動(dòng)機(jī)矢量圖如圖2所示。4#、5#機(jī)架同步電機(jī)參數(shù)如表1所示。
4 交—交變頻矢量控制系統(tǒng)原理
如圖3所示，主傳動(dòng)矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)主要包括矢量控制、速度控制、電流控制等環(huán)節(jié)，采用了雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)形式，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器asr的輸出即轉(zhuǎn)矩給定信號(hào)，除以磁通模擬信號(hào)，得定子電流轉(zhuǎn)矩分量給定信號(hào)，將、按功率因數(shù)要求給定的以及來(lái)自位置變換器bq的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)相位角θ等一起輸給矢量運(yùn)算器，得出定子三相電流給定值、、和勵(lì)磁電流。跟隨值iia、iiｂ、iiｃ與給定值、、相比較，送入電流調(diào)節(jié)器acr，由此得出變頻器的控制脈沖，而通過(guò)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)器afr控制轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流if。該矢量控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能與直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能相當(dāng)，功率因數(shù)接近于1，效率也很高。
5 電壓模型和電流模型控制原理
在矢量控制系統(tǒng)中，磁道檢測(cè)包括兩種方式，分別為電壓模型和電流模型。電壓模型是利用測(cè)取的定子三相電壓實(shí)際值、、直接計(jì)算電機(jī)磁通ψ和位置角，其中ψ用于磁通閉環(huán)控制，值用于坐標(biāo)變換，使得矢量控制輸出的是三相電流給定值。電壓模型控制系統(tǒng)如圖4。
由于電壓模型是通過(guò)測(cè)得的實(shí)際值進(jìn)行計(jì)算的，在低速時(shí)（當(dāng)速度在5％以下時(shí)）定子繞組電動(dòng)勢(shì)很小，計(jì)算誤差大，因此在低速時(shí)電壓模型不準(zhǔn)確，主要通過(guò)電流模型計(jì)算ψ和。
電流模型是根據(jù)定子電流勵(lì)磁分量給定值、轉(zhuǎn)矩分量給定值、磁通給定值ψ*以及轉(zhuǎn)子位置角λ，計(jì)算出勵(lì)磁電流給定值ie*和磁通幅值ψ、磁通位置角。電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)矢量速度閉環(huán)控制采用電流模型。電流模型控制系統(tǒng)如圖5所示：
在4#機(jī)架主傳動(dòng)控制系統(tǒng)中，矢量控制采用軟件模塊化結(jié)構(gòu)，其中實(shí)際值檢測(cè)處理采用iwe模塊，電壓模型采用umo模塊，電流模型采用imo模塊。當(dāng)電機(jī)速度在5%以下時(shí)，電流模型imo起作用;當(dāng)電機(jī)在滿負(fù)荷轉(zhuǎn)速的5%～10%之間運(yùn)行時(shí)，電壓模型umo和電流模型imo同時(shí)起作用，磁通值及其位置角取兩者的加權(quán)計(jì)算值;當(dāng)電機(jī)速度在10%以上時(shí)，電壓模型umo起作用。
6 一起主傳動(dòng)跳電故障處理及原因分析
6.1 故障處理過(guò)程
2005年某日，1420冷軋酸軋機(jī)組更換4#機(jī)架上、下工作輥后，當(dāng)軋機(jī)出口速度加速到200m/min時(shí)，4#機(jī)架下輥主傳動(dòng)跳電。操作盤op45顯示勵(lì)磁直流側(cè)電壓過(guò)高，即報(bào)“勵(lì)磁過(guò)電壓”故障，電機(jī)速度振蕩。根據(jù)該故障現(xiàn)象，逐步排查可能的故障原因，處理過(guò)程見表2。
6.2 故障原因分析
對(duì)更換下線的電壓互感器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)該電壓互感器輸出對(duì)正負(fù)電源的阻抗相差很大，內(nèi)部電路出現(xiàn)異常導(dǎo)致電壓互感器a相電壓不正常，導(dǎo)致檢測(cè)回路發(fā)生故障，這是造成4#機(jī)架下輥主傳動(dòng)跳電的根本原因。
在電機(jī)低速啟動(dòng)（速度在5%以下）時(shí)，由于不需要用到三相電壓的反饋值，所以此時(shí)電機(jī)并沒(méi)有跳電。電機(jī)轉(zhuǎn)速介于最大轉(zhuǎn)速的5%～10%時(shí)，電機(jī)由電流模型和電壓模型共同進(jìn)行控制，并逐步轉(zhuǎn)向電壓模型控制。此時(shí)由于電流模型還在起作用，所以電機(jī)還沒(méi)有失控；但隨著電流模型作用減弱，a相電壓不平衡產(chǎn)生的影響越來(lái)越嚴(yán)重，電機(jī)的振動(dòng)加劇。
當(dāng)軋機(jī)出口速度加速到200m/min（最大出口速度為1800m/min）時(shí)，4#機(jī)架下輥主傳動(dòng)跳電，也就是在矢量控制系統(tǒng)從電流模型控制轉(zhuǎn)向電壓模型控制以后發(fā)生了跳電。此時(shí)，電壓變換器輸出偏大，另外兩相、正常。此時(shí)，通過(guò)電壓模型計(jì)算可知ψ偏大，再經(jīng)過(guò)磁通調(diào)節(jié)器和pi調(diào)節(jié)，得到電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流ie變小。當(dāng)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流ie變得足夠小時(shí)，轉(zhuǎn)子側(cè)回路近似開路，感應(yīng)出高電壓，導(dǎo)致“勵(lì)磁過(guò)電壓”跳電。
7 結(jié)束語(yǔ)
在本次故障處理中，有幾個(gè)方面值得注意：
?。?）霍爾ct、pt內(nèi)部采用電子集成元件，容易出現(xiàn)故障，或發(fā)生輸出零漂，需要定期進(jìn)行試驗(yàn)與調(diào)零；
?。?）電機(jī)開環(huán)試驗(yàn)是判斷主回路和控制系統(tǒng)是否正常的好方法；
?。?）在處理大型的電機(jī)故障時(shí)，應(yīng)該密切關(guān)注定子的三相電壓和電流以及轉(zhuǎn)子電流，以便盡快從中找出故障的原因。
（轉(zhuǎn)載）
