三菱复励直流电动机四象限调速改造

摘要：
    本文介绍了利用西门子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调试方法。
关键词：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

    太钢热连轧厂1549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、补偿绕组较特殊，调速性能差、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。
1．复励电机绕组结构及传动控制方式
1．1电机基本技术数据
电机功率：55KW   
额定转速：512RPM
定子绕组电压：220V
转子绕组电压：-220V——+220V
制造商：日本三菱
1．2原传动系统的启动、换向原理如图1所示

由图可知，
转子绕组由三个线圈组成：L1、L2、L3，其中，L1为电枢绕组，L2为换向绕组，L3为力矩补偿绕组；定子绕组由一个线圈组成：L4
R1、2——加速电阻
R3—能耗电阻
R4、5—分压电阻
XC1—线路接触器
AC1、2——加速电阻
FC—正向接触器
BC—反向接触器
1．3 原传动系统存在的缺点分析
1．3．1 系统运行速度恒定，不可调，无法与轧制线其它设备进行速度匹配
1．3．2 功率因数低
1．3．3 能耗大，不能适应当前设备精细化管理的要求
1．3．4 系统老化，故障率高，影响生产进度、维护费用高等
2．全数字直流调速系统的四象限运行
2．1 控制系统的基本原理
    新调速系统采用SIEMENS 6RA70 SIMOREG 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，选择四象限工作的装置，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：电枢和励磁回路电枢回路为三相桥式电路：功率部分为两个三相全控桥（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）。
控制原理如图2所示：
2．2 改造后的传动系统功能说明
2．2．1 控制命令与速度给定
    按工艺流程要求，本系统应具备连续生产和设备检修（自动和手动）两种工作方式，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，如图3所示。

2．2．2 BICO数据组切换
    两套BICO数据组切换实现由一个选择开关给出，经DI输入。控制原理如图4所示。
2．3 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2.1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、L及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，必须进行电机绕组改造。详细方案本文不涉及。
2．4 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。


2.5 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、在线监控、记录动、静态特性曲线。调试参数、波形如图5所示：


3.结束语
    设备调试结束后，一次试车成功，能耗降低，控制精度大大提高。目前，系统正在稳定运行。