專利名稱：一種高速線材軋機拋尾速升機械動能回饋速率的控制方法
技術領域：
本發明涉及軋機傳動控制技術領域，具體涉及一種高速線材軋機拋尾速升機械動 能回饋速率的控制方法。
背景技術：
對于高速線材連軋機主/輔傳動，以往均采用直流傳動，但是，考慮到直流傳動電 動機的故障率和運行維護成本遠高于交流傳動，故此，目前國內外高速線材主/輔傳動設 備普遍采用電壓源型公共直流母線方式的交直交變頻傳動。很多以前采用直流主/輔傳動 的高速線材生產線紛紛進行主/輔傳動改造，將原來的直流主/輔傳動全部或部分升級改 造成交流主/輔傳動。然而，為了盡可能地降低主/輔傳動一次性改造的投資成本，有相當 一部分高速線材生產線只將直流電動機運行環境差、維護量大、運行成本高以及沖擊負荷 大的直流傳動改造成交流傳動。通常將高速線材粗中軋機組以及預精軋機組的各機架主 傳動逆變器分別掛接在幾個不同的公共直流電壓母線上，而將高速線材軋機前后區輔傳動 (除粗軋機組后回轉剪以外)逆變器分別掛接在兩條公共直流電壓母線上，并且，公共直流 電壓母線一般采用基于晶閘管的整流器，尤其是用于給軋機主傳動逆變器供電的公共直流 母線整流器。為了降低設備投資以及避免基于晶閘管的整流器其進線電源供電中斷而導致 整流器故障，每條公共直流電壓母線的整流器采用不帶有源回饋單元的形式。這樣，在軋制 過程中，逆變器向直流母線回饋的過多能量將通過公共直流母線上掛接的脈沖制動電阻來 吸收。從節能的角度來說，應盡可能通過主/輔傳動逆變器的組合使得在同一條公共直流 母線下的一部分逆變器向直流母線回饋能量與另一部分逆變器向電動機供電的能量基本 達到平衡，以此來減小脈沖制動電阻所消耗的電能。對于高速線材軋機主/輔交流傳動而 言，為了達到最佳的節能效果，通常應將粗軋機組后的大功率回轉剪(一般傳動電動機的 功率在400KW左右)的交流傳動逆變器掛接在粗軋機組軋機主傳動公共直流母線上，如果 粗軋機組主傳動沒有改造成交流傳動，則可將回轉剪傳動逆變器掛接在中軋機組或預精軋 機組主傳動公共直流母線上，這樣，可以保證在絕大多數情況下大功率回轉剪剪后以數倍 電動機額定轉矩制動時其回饋至直流母線的電能不會被直流母線脈沖制動電阻所消耗，而 是被機架主傳動有效利用。但是，如果將大功率回轉剪傳動逆變器掛接在中軋機組或預精 軋機組主傳動公共直流母線上，則必須考慮大功率回轉剪的制動與同在一個公共直流母線 上的軋機機組末機架的拋尾有時會同時發生，在這種情況下，如果大功率回轉剪逆變器所 在的公共直流母線沒有足夠容量的電容器(一般約為常規公共直流母線所配電容器容量 的兩倍)，則在大功率回轉剪的制動與相應軋機機組末機架的拋尾同時發生時，大功率回轉 剪逆變器所在的公共直流電壓母線會出現過電壓的現象，由此導致部分機架主傳動逆變器 跳電封鎖。馬鋼第三鋼軋總廠線材生產線在2003年僅將12#至14#機架的一預精軋機組、 15#至17#機架的二預精軋機組以及輔傳動改造成交流傳動，并將粗軋機組后的大功率回 轉剪(468KW)傳動逆變器掛接在12#至14#機架的一預精軋機組傳動公共直流母線上。由 于該公共直流母線的電容器容量僅僅是按照常規配備的，這樣，當大功率回轉剪的制動與一預精軋機組末機架(14#機架)的拋尾同時發生時，一預精軋機組的12#至14#機架傳動 逆變器中就會有部分或全部因直流母線過電壓而跳電，機組末機架(即14#軋機)拋尾剛 好與粗軋機組后的1#大功率回轉剪的制動同時發生，并且機組末機架在拋尾瞬間其主傳 動電動機的反向制動轉矩達到了電動機額定轉矩的17%，由于末機架拋尾瞬間其機械動能 回饋速度過快，使得軋機機組傳動公共直流母線電壓瞬間達到了過電壓動作值，導致公共 直流母線上的12#和13#軋機傳動逆變器因直流母線過電壓而跳電的故障。為了解決這個問題，目前只有大大地額外增加公共直流母線的電容器容量，不過 這種做法不僅大大地增加了設備的占地面積以及一次性投資成本，而且還增加了設備的運 行成本。綜上所述，現有技術中存在如下技術問題高速線材連軋機將粗軋機組后大功率 回轉剪的交流傳動逆變器掛接在中軋機組或預精軋機組主傳動公共直流母線上，由于很難 避免大功率回轉剪的制動與同在一個公共直流母線上的軋機機組末機架的拋尾不會同時 發生，這樣，回轉剪逆變器所在的公共直流電壓母線必然有時會出現過電壓的現象，由此而 導致部分機架主傳動逆變器跳電封鎖。

發明內容
本發明的目的在于提供一種高速線材軋機拋尾速升機械動能回饋速率的控制方 法，解決上述技術問題。具體技術方案如下—種高速線材軋機拋尾速升機械動能回饋速率的控制方法，采用如下步驟(1)預設控制程序，該控制程序的控制對象為末機架拋尾速升機械動能回饋至直 流母線的電能大小和/或速率大小，其中，高速線材軋機及包括末機架的各機架主傳動逆 變器分別掛接在幾個不同的公共直流電壓母線上；(2)該預設的控制程序控制末機架拋尾速升機械動能回饋至直流母線的電能大小 和/或速率大小；(3)所述控制程序通過控制電動機反向制動轉矩來控制上述電能大小和/或速率 大小，其中，所述電動機為每臺軋機的主傳動電動機；(4)所述控制程序通過控制上述電動機反向制動轉矩進一步控制直流母線電壓。進一步地，粗軋機組后大功率回轉剪的交流傳動逆變器掛接在軋機主傳動公共直 流母線上，當所述大功率回轉剪的制動與同在一個公共直流母線上的軋機機組末機架的拋 尾同時發生時，所述控制程序限制該末機架拋尾期間的反向制動轉矩。進一步地，所述控制程序包括軋機機組中一個軋機主傳動電動機的實際轉矩絕對 值形成單元，軋機主傳動電動機的實際轉矩絕對值小于10%電動機額定轉矩檢測單元，軋 機主傳動電動機的實際轉矩絕對值小于10%電動機額定轉矩的脈沖前沿設別單元，末機架 拋尾反向制動轉矩限制狀態記憶單元，脈沖前沿延時單元。進一步地，所述控制程序使用第一標號軋機拋尾狀態作為末機架主傳動電動機反 向制動轉矩限制的起始點，各個單元或模塊的算法為1)當該軋機主傳動電動機實際轉矩小于其10%電動機額定轉矩，所述脈沖前沿 設別單元產生一個短時脈沖，將末機架拋尾反向制動轉矩限制狀態記憶單元的輸出端Q處于‘1’態，當該控制端(即輸出端)為‘1’態，軋機邏輯順序控制系統將末機架主傳動的反 向制動轉矩限幅值切換至最小值；2)所述控制程序通過脈沖前沿延時單元延時后，將末機架拋尾反向制動轉矩限制 狀態記憶單元輸出端Q的狀態復位至‘0’態；3)軋機邏輯順序控制系統將末機架主傳動的反向制動轉矩限幅值切換至正常值。進一步地，所述步驟(4)中所述直流母線電壓在大功率回轉剪制動過程中，被控 制在小于直流母線過電壓動作值。進一步地，所述步驟(3)中所述電動機反向制動轉矩達到-17%的電動機額定轉矩。進一步地，所述反向制動轉矩限制為的電動機額定轉矩。進一步地，所述脈沖前沿延時單元用于控制末機架拋尾瞬間機械動能回饋最大允 許時間。進一步地，所述軋機為軋機機組末機架前的一個軋機。進一步地，步驟1)中所述軋機邏輯順序控制系統將末機架主傳動的反向制動轉 矩限幅值切換至-2%的電動機額定轉矩；步驟3)中，軋機邏輯順序控制系統再將末機架主 傳動的反向制動轉矩限幅值切換至-70%的電動機額定轉矩；所述脈沖前沿延時單元延時 為2. 5秒。


圖1 高速線材軋機拋尾速升機械動能回饋速率控制的程序結構圖；
具體實施例方式下面根據附圖對本發明進行詳細描述，其為本發明多種實施方式中的一種優選實 施例。馬鋼第三鋼軋總廠線材生產線一預精軋機組12# 14#軋機主傳動以及位于粗軋 機組后的1#大慣性回轉剪均采用西門子MASTERDRIVE變頻傳動，并且這幾臺傳動逆變器 均掛接在同一個公共直流母線上，由一臺不帶有源回饋單元的可控硅整流器供電。每臺軋 機主傳動電動機功率均為780KW，1#回轉剪傳動電動機功率為468KW，整流器三相交流進 線額定電壓為690V。在三機架和回轉剪非制動運行過程中，直流母線電壓一般在944V左 右。每臺傳動逆變器自帶兩組電容器，用于電能緩存，為防止過多的傳動再生制動動能回饋 至直流母線而導致直流母線電壓過高，在直流母線上掛接了一定功率的脈沖制動電阻，用 于消耗直流母線上過多的電能。自09年8月底以來，線材一預精軋機組12 Γ 4#軋機主 傳動在正常軋鋼狀態下時常因直流母線過電壓而跳電，其中12#軋機主傳動出現該故障的 概率比其它幾個機架主傳動高得多。通過對各機架以及1#回轉剪的速度和轉矩波形圖分 析，線材12# 14#軋機主傳動時常直流過電壓而跳電幾乎均發生在1#回轉剪在剪切后的 制動過程中，并且一預精軋機組末機架(14#軋機)正在拋尾后的再生制動時刻。通常1# 回轉剪在剪切后的再生制動過程的初期就可使直流母線電壓達到母線脈沖制動電阻動作 電壓閥值(1158V)以上，最后在脈沖制動電阻的作用下，直流母線電壓被維持在1171V(= 169. 7 % X690V)左右；另外，14#軋機拋尾后進入再生制動過程的迅速相當快(約為
640ms)，并且在這短暫的時間內，14#軋機拋尾后再生制動而產生的回饋電能可使直流母線 電壓從正常值(約944V)迅速上升至1007. 4V。這樣，如果14#軋機拋尾后的再生制動過 程剛好發生在1#回轉剪剪切后的制動過程中，那么，由于14#軋機拋尾后制動使直流母線 電壓上升的速度相當快(約為40ms)，而直流母線脈沖制動電阻單元的響應時間大于40ms， 這樣，必然導致14#軋機拋尾后的再生制動而產生的回饋電能使直流母線電壓從1#回轉 剪制動過程中所維持的電壓值(約1171V)迅速上升至主傳動直流母線過電壓動作值(約 1220V)。故此，為了防止該故障的發生，就必須要控制一預精軋機組末機架(14#軋機)拋 尾瞬間機械動能回饋至直流母線的速度。正是基于這種控制理念，我們獨立地設計了一種 高速線材軋機拋尾速升機械動能回饋速率的控制方法，該方法的控制程序結構圖如圖1所
7J\ ο 該高速線材軋機拋尾速升機械動能回饋速率的控制程序主要由12#軋機主傳動 電動機實際轉矩(TN12a。t.)絕對值形成單元(PDHSC10)、12#軋機主傳動電動機實際轉矩 (TM12act.)絕對值小于10%電動機額定轉矩檢測單元(PDHSC20)、12#軋機主傳動電動機實 際轉矩(TM12a。t.)絕對值小于10%電動機額定轉矩的脈沖前沿設別單元(PDHSC30)、末機架 (14#機架)拋尾反向制動轉矩限制狀態記憶單元(PDHSC40)以及用于控制末機架(14#軋 機)拋尾瞬間機械動能回饋最大允許時間的脈沖前沿延時單元(PDHSC50)。為了實現軋機 拋尾速升機械動能回饋速率的控制，對高速線材軋機來說，只有通過控制軋機拋鋼速升期 間的電動機反向制動轉矩，因為在軋機拋鋼速升期間電動機反向制動轉矩的大小決定了拋 尾瞬間機械動能回饋至直流母線的速率和大小。這樣，當大功率回轉剪的制動與同在一個 公共直流母線上的軋機機組末機架(14#軋機)的拋尾同時發生時，可通過限制該末機架拋 尾期間的反向制動轉矩(如限制為的電動機額定轉矩)，使得末機架拋尾速升機械動 能回饋至直流母線的電能大小和速率能夠被控制在一定的范圍內，以此來避免因末機架拋 尾瞬間過大的電動機反向制動轉矩(一般能夠達到-17%的電動機額定轉矩)而導致直流 母線電壓在大功率回轉剪制動過程中所維持的電壓值基礎上迅速上升至直流母線過電壓 動作值。從高速線材軋機的工藝特點以及控制要求可知，在軋機正常軋制的動態調速過程 中(除軋機拋尾期間外)，軋機主傳動電動機根本不會進入反向制動狀態，故此，為了防止 末機架拋尾而導致直流母線過電壓，對于每根軋件，可采取在末機架拋尾前、拋尾期間以及 拋尾后的短暫時間內對末機架的反向制動轉矩進行限制。據此，該軋機拋尾速升動能回饋 速率控制程序使用12#軋機拋尾狀態作為末機架(14#軋機)主傳動電動機反向制動轉矩 限制的起始點，即一旦12#軋機主傳動電動機實際轉矩小于其10%電動機額定轉矩的狀態 (即12#軋機拋尾狀態)成立，則脈沖前沿設別單元(PDHSC30)將產生一個短時脈沖，使得 末機架(14#機架)拋尾反向制動轉矩限制狀態記憶單元(PDHSC40)的輸出端Q處于‘1， 態，而當該控制端(即輸出端)為‘1’態時，軋機邏輯順序控制系統(PLC)將使末機架(14# 軋機)主傳動的反向制動轉矩限幅值切換至最小值(如的電動機額定轉矩)。考慮到 12#軋機拋尾到14#軋機拋尾的間隔時間大約為1秒，而正常軋制過程中前后兩個軋件的 間隔時間最短為2. 5秒，故此，該控制程序通過脈沖前沿延時單元(PDHSC50)延時2. 5秒后 又將末機架(14#機架)拋尾反向制動轉矩限制狀態記憶單元(PDHSC40)輸出端Q的狀態 復位至‘0’態，即末機架(14#機架)拋尾過程結束，這樣，軋機邏輯順序控制系統(PLC)再 將末機架(14#軋機)主傳動的反向制動轉矩限幅值切換至正常值(-70%的電動機額定轉矩)。這樣也就完成了對末機架拋尾速升動能回饋速率的控制，從而徹底地避免了高速線材 軋機機組末機架拋尾與大功率回轉剪制動同時發生時所產生的直流母線過電壓現象，末機 架拋尾速升機械動能回饋速率的控制狀況，機組末機架(即14#軋機)拋尾雖然剛好與粗 軋機組后的1#大功率回轉剪的制動同時發生，但是，由于機組末機架在拋尾期間采用了機 械動能回饋速率的控制，其主傳動電動機在拋尾瞬間的反向制動轉矩僅能達到電動機額定 轉矩的2%，這樣，末機架在拋尾時其機械動能僅有部分被緩慢地回饋至直流母線，由此避 免了末機架拋尾與1#大功率回轉剪制動同時發生時而導致直流母線過電壓故障。同樣，如果高速線材大功率回轉剪的交流傳動逆變器掛接在中軋機組公共直流母 線上，考慮到軋件尾部在機架間的行走時間較長，故此只要將中軋機組末機架前一個機架 的拋尾時刻作為中軋機組末機架拋尾反向制動轉矩切換的起始點即可。上面結合附圖對本發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現并不受上述方式 的限制，只要采用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種改進，或未經改進直接應用 于其它場合的，均在本發明的保護范圍之內。
權利要求
一種高速線材軋機拋尾速升機械動能回饋速率的控制方法，其特征在于，采用如下步驟(1)預設控制程序，該控制程序的控制對象為末機架拋尾速升機械動能回饋至直流母線的電能大小和/或速率大小，其中，高速線材軋機及包括末機架的各機架主傳動逆變器分別掛接在幾個不同的公共直流電壓母線上；(2)該預設的控制程序控制末機架拋尾速升機械動能回饋至直流母線的電能大小和/或速率大小；(3)所述控制程序通過控制末機架軋機主傳動電動機在拋尾期間的反向制動轉矩，控制上述電能大小和/或速率大小；(4)所述控制程序通過控制上述電動機反向制動轉矩進一步控制直流母線電壓。
2.如權利要求1所述的高速線材軋機拋尾速升機械動能回饋速率的控制方法，其特征 在于，粗軋機組后大功率回轉剪的交流傳動逆變器掛接在軋機主傳動公共直流母線上，當 所述大功率回轉剪的制動與同在一個公共直流母線上的軋機機組末機架的拋尾同時發生 時，所述控制程序限制該末機架拋尾期間的主傳動電動機反向制動轉矩。
3.如權利要求2所述的高速線材軋機拋尾速升機械動能回饋速率的控制方法，其特征 在于，所述控制程序包括軋機機組中一個軋機主傳動電動機的實際轉矩絕對值形成單元， 軋機主傳動電動機的實際轉矩絕對值小于10 %電動機額定轉矩檢測單元，軋機主傳動電動 機的實際轉矩絕對值小于10%電動機額定轉矩的脈沖前沿設別單元，末機架拋尾反向制動 轉矩限制狀態記憶單元和脈沖前沿延時單元。
4.如權利要求3所述的高速線材軋機拋尾速升機械動能回饋速率的控制方法，其特征 在于，所述控制程序使用末機架前的一個軋機的拋尾狀態作為末機架主傳動電動機反向制 動轉矩限制的起始點，各個單元或模塊的算法為1)當所述末機架前的一個軋機的主傳動電動機實際轉矩小于其10%電動機額定轉 矩，所述脈沖前沿設別單元產生一個短時脈沖，將末機架拋尾反向制動轉矩限制狀態記憶 單元的輸出端Q處于‘1’態，當該控制端(即輸出端)為‘1，態，軋機邏輯順序控制系統將 末機架主傳動的反向制動轉矩限幅值切換至最小值；2)所述控制程序通過脈沖前沿延時單元延時后，將末機架拋尾反向制動轉矩限制狀態 記憶單元輸出端Q的狀態復位至‘0’態；3)軋機邏輯順序控制系統將末機架主傳動的反向制動轉矩限幅值切換至正常值。
5.如權利要求1所述的高速線材軋機拋尾速升機械動能回饋速率的控制方法，其特征 在于，所述步驟(4)中所述直流母線電壓在大功率回轉剪制動過程中，被控制在小于直流 母線過電壓動作值。
6.如權利要求1所述的高速線材軋機拋尾速升機械動能回饋速率的控制方法，其特征 在于，所述步驟(3)中所述電動機反向制動轉矩達到-17%的電動機額定轉矩。
7.如權利要求2所述的高速線材軋機拋尾速升機械動能回饋速率的控制方法，其特征 在于，所述反向制動轉矩限制為-2%的電動機額定轉矩。
8.如權利要求3所述的高速線材軋機拋尾速升機械動能回饋速率的控制方法，其特征 在于，所述脈沖前沿延時單元用于控制末機架拋尾瞬間機械動能回饋最大允許時間。
9.如權利要求3所述的高速線材軋機拋尾速升機械動能回饋速率的控制方法，其特征在于，所述軋機為末機架前的一個軋機。
10.如權利要求4所述的高速線材軋機拋尾速升機械動能回饋速率的控制方法，其特 征在于，步驟1)中所述軋機邏輯順序控制系統將末機架主傳動的反向制動轉矩限幅值切 換至-2%的電動機額定轉矩；步驟3)中，軋機邏輯順序控制系統再將末機架主傳動的反向 制動轉矩限幅值切換至-70%的電動機額定轉矩；所述脈沖前沿延時單元延時為2. 5秒。
全文摘要
本發明涉及一種高速線材軋機拋尾速升機械動能回饋速率的控制方法，采用如下步驟預設控制程序，該控制程序的控制對象為末機架拋尾速升機械動能回饋至直流母線的電能大小和/或速率大小，其中，高速線材軋機及包括末機架的各機架主傳動逆變器分別掛接在幾個不同的公共直流電壓母線上；該預設的控制程序控制末機架拋尾速升機械動能回饋至直流母線的電能大小和/或速率大小；所述控制程序通過控制電動機反向制動轉矩控制上述回饋電能大小和/或速率大小，其中，所述電動機為每臺軋機的主傳動電動機；所述控制程序通過控制上述回饋電能大小和/或速率大小，進一步控制直流母線電壓。
文檔編號H02J3/38GK101882796SQ201010196390
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月2日 優先權日2010年6月2日
發明者葉光平, 李冬清, 黃柯平 申請人:馬鞍山鋼鐵股份有限公司