彭文明

作者通联：太钢集团临汾钢铁公司中板厂电运作业区 山西临汾市桥东街3# 041000

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一、存在的问题

临钢中板厂精轧机轧制钢板的厚度控制采用奥钢联设计的TCS（集中控制系统），TCS 由APC（电动压下自动控制）系统和AGC（液压自动厚度控制）系统两部分组成，TCS根据轧制规程算出轧制的目标厚度，发出命令，控制APC和AGC 系统。当轧机辊缝超过设定的液压系统调整范围后，TCS 发出压下电机压下命令，对轧机辊缝进行粗调，当辊缝达到一定值时，由AGC 系统对钢板厚度精确控制。精轧机APC 系统粗调辊缝的功能，由西门子6RA70 整流装置按照主、从控制方式同步拖动两台Z450-2A 直流电机（以下简称压下电机）实现，TCS 系统通过PROFIBUS-DP 网络控制6RA70 整流装置驱动压下电机运行，TCS 系统发出的电机抱闸启动和停止命令，通过现场I/O 从站的继电器控制压下电机抱闸，完成打开和闭合动作。压下电机控制原理见图1，其中1KM1和2KM1 分别为抱闸接触器线圈，线圈得电，抱闸动作，1P-是直流24V 电源M 端，AGC 从站输出电源正（1P+）。

图1 压下电机控制原理简图

生产过程中，精轧机压下电机励磁线包频繁烧损，仅2011年就烧损3次，造成精轧机停机17h，电机维修费用达17 万元，严重影响生产。同时，由于压下电机运行温度高，只要空水冷却器风机故障，必须停机更换风机，防止励磁线包烧损。

二、精轧机压下电机烧损原因分析

精轧机压下电机采用空水冷却器密闭循环的冷却方式，空水冷却器风机强迫电机内部空气通过空水冷却器的冷却管流通，流通过程中，冷却管中的水带走空气中的热量，冬季空水冷却器中的水温约为23℃，夏季约为38℃。经实际测量，精轧压下电机励磁线包运行温度高达126℃左右（冷却器过滤的无纺布脏污时还达到175℃）。2012年12月，对压下电机冷却情况进行试验，利用环境温度为7℃的空气直接冷却电机内部2h 后，压下电机励磁线包温度上升至110℃。可见使用最低温度为23℃左右的空水冷却器冷却，励磁线包温度必然要高于110℃。对比粗轧机压下电机，同样工作在额定状态，使用空水冷却器冷却，粗轧机压下电机励磁线包温度只有40℃，据此判断精轧机压下电机存在严重质量问题。为保证精轧机安全稳定运行，可选用优质直流电机达到降低励磁线包运行温度的效果，但需要投资160 万元左右，因此较经济的方式是从控制方面入手，降低直流电机励磁线包发热。

三、改造方案

根据电机铭牌，精轧机压下电机励磁线包额定电流为24.8A，额定电压220V，根据直流电阻发热公式P=U×I×t，U——电压，I——电流，t——通电时间，可从以下方面降低直流电机励磁线包运行温度。

（1）降低励磁线电压U。根据I=U/R，在一定温度下，励磁线包电阻为常数，电阻两端电压和电流成正比。因此，在温度一定情况下，降低电流即等于降低电压，只要确定了电流值，电压值也随之确定。由于直流电机励磁线包形成磁场主要和电流有关，因此减低励磁线包运行温度的方法考虑从降低励磁电流入手。

（2）降低励磁电流I。精轧机压下电机是他励式直流电机，电枢回路和励磁回路均由西门子6RA70 SIMOREG DC MASTER 系列全数字紧凑型整流装置供电。6RA70 装置的电枢电源和励磁电源相互独立，励磁电源是恒流源，电流I 设定好后就不再改变。根据欧姆定理，电压随着温度变化引起的电阻值变化自动补偿，不受人为控制。精轧机压下电机负责拖动100 多吨的上辊系上下运动，为克服启动惯量，对电机启动转矩要求较高，为保证电磁转矩，精轧机压下电机励磁电流设定为电机额定值。因此降低励磁电流，虽然可降低线包发热温度，但会造成电机输出转矩减小，辊系动作变慢，影响轧钢速度。

（3）减少通电时间t。根据轧钢工艺，钢板在轧制过程中压下电机停止工作，这就给切断励磁电流，减少励磁电流通电时间提供了便利条件。为此，采用将精轧机压下电机由电流恒定控制变为间歇性控制的方法，降低线包发热温度。这必须解决好以下问题：①轧机压下运行过程必须保证励磁正常，防止压下电机在弱磁状态下超高速运行。②励磁电源频繁启动，不能影响电源寿命。

四、精轧机压下电机励磁间歇性供电

1.精轧机压下电机励磁电流控制

6RA70 整流装置控制励磁电流的方式（参数P082 确定）：①P082=0（内部励磁未使用，如使用永磁电机或外部励磁电源）。②P082=1（励磁回路与主回路接触器一起合闸）。当主回路接触器闭合/打开时，励磁脉冲使能/禁止，主接触器开关闭合/打开开关信号通过端子37（6RA70 整流装置CUD1 电路板端子，作用于控制字的第0 位）输入到6RA70 整流装置。③P082=2（励磁电流通过装置运行状态进行控制）。装置运行时，励磁启动；装置停止运行时，励磁延时减小到停机励磁参数P257 设定值。延时时间通过P258 参数设置。④P082=3（励磁电流恒定接）。

精轧压下电机励磁控制采用励磁回路与主接触器一起合闸的方式，通过端子37 控制励磁的启动和停止，端子37 连接PLC输出继电器的控制信号，由励磁控制柜上的启动和停止按钮控制。按下励磁启动按钮后，PLC 励磁启动继电器得电并自保持，端子37 连接的继电器常开点闭合，励磁电流启动；按下励磁停止按钮后，继电器失电，励磁断开。利用继电器的触点代替主接触器的辅助触点控制励磁电源接通和断开。

由于精轧压下电机励磁电源通过继电器控制，因此只要对继电器进行间歇性控制，就能达到间歇控制励磁电流的目的。

2.精轧机压下电机励磁间歇性供电实现

（1）电气接线改进。为在压下电机运行前使励磁电流达到额定值，防止压下电机在弱磁状态下超高速运行。励磁控制继电器的得电启动励磁需要比压下电机启动命令有一个提前量，即在压下电机启动命令发出前先发励磁启动命令。

分析精轧机控制过程，精轧机压下电机抱闸启动的时间比压下电机运行早700ms，而且每次压下电机运行前必须打开抱闸，压下电机停止运行抱闸闭合。因此，利用控制抱闸打开/闭合用的继电器控制励磁线圈的启动和停止，可实现上述功能。励磁控制PLC 采集抱闸继电器的触点信号后，通过控制继电器接通和断开，控制励磁通断。

（2）PLC 程序改进。控制抱闸继电器触点代替励磁启动按钮，去掉原程序中励磁启动按钮的自保持功能。在程序中增加断电延时功能。当控制抱闸的继电器断电后，控制励磁启动的继电器延时3s 断开，避免电机运行过程中因励磁电流突然减小而超速运行。

五、改造效果

（1）通电时间减少，励磁线包发热量下降，节约电能。根据精轧机压下电机工作过程，精轧机轧制每块钢板需要约1min，压下电机动作时间共约10s，改进后励磁电流通电时间为原来1/6，避免励磁线包运行过热。随着温度的降低，励磁线包电阻随之减少，6RA70 整流装置的励磁电源是恒流源，励磁电流不变，励磁电压随着励磁电阻的减少而减少，根据公式P=U×I，励磁线包的功率随之减少，进一步减少了励磁线包发热量。

（2）轧机非正常停产时间减少。改造前一旦压下空水冷却器风机故障，必须马上停机更换，避免励磁线包发热烧损。改造后即使压下风机故障，可用临时风机冷却，等待轧机换辊停产时再更换风机，减少轧机停产时间。