新钢冷带厂模拟直流传动系统的改造
2009/8/24 17:05:00
1 前言
直至 20 世纪 90 年代初，模拟直流传动仍在各行各业发挥着非常重要的作用，并获得广泛应用。模拟直流传动系统虽不断改进和完善，如采用集成触发电路、高精度线性集成电路的运算调节器、高抗干扰逻辑集成电路及大规模集成电路，结构上采用大板结构，使控制性能和可靠性得到较大提高，但其固有的不足和运行多年后所出现的稳定性较差、故障率较高等问题无法从根本上解决，为此，新钢特殊钢有限公司冷带厂决定对运行多年的模拟直流传动系统进行改造。
2 全数字直流传动的优点
交流变频调速系统虽然具有诸多直流调速无法比拟的优异性能，但价格很贵。同时，新钢冷带厂四象限运行模拟直流传动系统中的直流电机、整流变压器或进线电抗器、平波电抗器( Z4 系列直流电机可不用）仍可使用（其正常使用寿命为 20 一 30 年），因此应优选全数字直流调速改造方案，这样不仅可提高传动系统性能，而且还可节约改造费用。
全数字直流调速装置与原模拟直流调速器相比具有以下优点：
（ 1 ）控制及调节器参数可数字设定，不会因电子元器件老化、温漂、零漂等而变化，控制性能更为稳定。其应用自适应控制和前馈控制技术，系统控制精度和快速性优于模拟系统。
（ 2 ）电机弱磁运行时，电枢和励磁可解藕控制，控制性能优于模拟系统。
（ 3 ）可自动侧定电机磁通、摩擦转矩和转动惯量等，系统参数自优化设定，使用方便灵活。
（ 4 ）具有比模拟系统更多的保护功能，更多的故障显示和诊断功能，大大提高了直流传动系统的运行可靠性和维护性。
（ 5 ）具有 RS232 、 RS485 串行接口，可直接与上位机连接或组成分布式控制系统。
（ 6 ）可安装工艺模板、通信模板等附加模板并配上专用软件，或通过本机的自由连接功能器，或选择增强型软件，本机即可完成现场总线通讯、张力、卷绕、角位移等更为复杂的控制功能，使整套控制系统更为简化。
所以，无论从经济还是技术角度上看，采用全数字控制技术改造模拟直流传动系统完全可行。
3 改造方案及实施
模拟直流传动系统数字化改造，目前主要有以下 2 种方案可选用：
( 1 ）保留原有模拟系统直流电机、整流变压器及平波电抗器，选用相应电压电流规格的全数字直流调速装置更换原有模拟直流调速器。
目前在我国应用较多的全数字直流调速器均为国外产品，如德国西门子 6R 户 L24 、 6RA70 系列，意大利安萨尔多 SPDM 系列，英国欧陆 5900 系列，瑞士 ABB 公司 IX 泛讨 00 、 LK 万 500 、 IX 万 600 系列等。这些产品额定励磁电流与我国直流电机励磁电流不完全配套，如果装置额定励磁电流小于电机额定励磁电流，须在装置外对励磁电路扩容，更换符合电流要求的功率元件。因励磁电流多在几安到几十安之间，所用可控硅触发电流较小，全数字直流调速器内励磁触发脉冲可直接使用。同时励磁反馈分流电阻也需调整，使输出电机额定励磁电流时分流电阻上的压降等于装置原有额定压降，如西门子 6R 户 L24 、 6RA70 系列励磁反馈分流电阻上额定压降为 0 . IV 。安萨尔多 SPDM 系列直流传动装置励磁电流仍采用模拟控制，且有外部励磁电流扩容选件提供，扩容也更为方便。
部分厂家全数字直流调速装置电枢回路同步电源取自控制电源，如安萨尔多 SPDM 系列，为保证可靠触发，控制电源与整流功率电源的相序和相位必须一致。
参照各厂家使用手册所推荐的电路接线安装，通过参数设置和系统优化即可投人正常运行。
( 2 ）除保留原有模拟系统的直流电机、整流变压器或进线电抗器、平波电抗器外，还保留原系统功率单元及其阻容吸收电路、快速熔断器、交直流侧保护电路等，仅对原模拟调节器进行改造，选用小功率的全数字直流调速装置更换模拟调节器，利用小功率全数字直流调速装置的调节控制单元，去控制原系统较大功率的功率元件，即所谓的扩容式改造。由于同一厂家的全数字直流调速装置系列产品采用共同的主控制板，不仅减少备件数量和培训要求，还给扩容改造提供了有利条件，并可降低改造费用。将功率单元与调节单元分离安装的扩容式改造，因电子板和功率单元间的连接线延长，系统的可靠性略有降低，但有利于功率元件和电子板散热，便于功率元件的更换，维护性更好。功率元件晶闸管是电力电子元器件，只要正确使用快速熔断器，整流控制电路具备完善的交直流侧过电压、过电流保护，其使用寿命是很长的，且其只是功率开关元件，只要能可靠导通和关断，就能满足直流控制系统的要求，所以原模拟直流控制系统的晶闸管仍可正常使用。采用扩容式改造模拟直流传动系统，必须注意部分改造工作：
① 电枢回路电流反馈调整，将小功率全数字直流调速装置扩容为大功率装置，关键在于修改小功率装置电枢电流反馈变换系数。电枢电流反馈取自电枢回路交流侧电流互感器负载电阻上的电压值，如装置达到其额定电流时，西门子 6RA 系列产品负载电阻上的额定压降为 1 . 013V 、安萨尔多 SPDM 系列为 2 . ooV ，所以只要根据原模拟装置电流互感器变流比，重新配置负载电阻值（电流互感器二次侧额定电流为 SA 时，配置负载电阻值可能过小，可增加一级变比为 5 乃． 1 的电流互感器，再配置负载电阻值），使扩容装置工作在额定电流，负载电阻上的压降仍等于额定值，即实现电枢电流扩容。
② 小功率数字直流传动装置电枢电流较小，仅为几十安，并且可控硅元件装在装置内部，所需触发脉冲功率较小。改造后可控硅工作电流将增大，而且调节装置与功率装置传翰距离大大延长，线路损耗相应提高，所需触发脉冲功率较大，故需校验小功率数字装置触发功率是否满足扩容后可控硅触发要求，如触发脉冲功率不足，需外配脉冲放大电路。 ③ 小功率数字直流传动装置电枢翰出额定电压多为 DC 400V ，如果将其扩容为翰出比DC 400V 更高的电压装置时，若同步电源取自整流回路，如西门子 6RA 系列产品，外部必须增加分压或降压电路，使翰人装置的同步电源电压保持 AC 冷 00V 。直流侧翰出电压必须分压处理，使翰人数字装置的直流额定电压为DC 400V ，即完成了电枢电压扩容。
③ 励磁回路扩容，小功率数字装置翰出额定励磁电流为几安，而大功率电机励磁电流可能为几十安，可按上述方案（ 1 ）的励磁电流扩容方法进行扩容。经上述改造后，在硬件上具备了扩容条件，参照各厂家使用手册所推荐的电路接线安装，通过参数设置和系统优化即可投入正常运行。
4 结语
对使用时间长，稳定性、可靠性及控制精度下降，故障率较高，且其直流电机、整流变压器或进线电抗器、平波电抗器等仍可正常使用的模拟直流传动
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