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摘 要变频调速技术发展非常之迅速，也日趋成熟。从低压到高压，从直流到交流，从小容量到大容量，在各行各业都有广泛的应用。当然，使用变频调速技术最大的目的是：实现控制（包括速度控制、矢量控制等等），但还有一个很大的用途就是：节能。日立变频技术在连续退火机组中的应用充分显示在节能方面的优势，给予我们在设计和研究变频驱动系统时很大的启发和帮助。
关键词变频器；矢量控制；连续退火；直流母线
中图分类号TM文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)042-0164-01
我国大约90%以上的能耗是电机能耗，资料显示，中国八成以上的电机产品效率比国外先进水平低二到三个百分点。目前国内广泛应用的Y系列电动机效率平均值为百分之八十七点三；而美国高效电动机的效率平均值为百分之九十点三，其超高效电动机的效率平均值则为百分之九十一点七。所以除了发展高效节能的电机外，推广和发展变频调速技术也是节能降耗的关键。本文重点讲述日立变频技术在连续退火生产线（下文简称CAL）中的应用。
1工程简介
广州JEF钢板有限公司二期工程：1条酸洗-冷轧生产线（简称PL-TCM），1条连续退火生产线，1条镀锌线（简称2#CGL），其总体设计产能是180万吨，主要以汽车板和家电板为主要产品。在二期工程中，主生产线的设计和设备提供者是三菱日立制铁株式会社，其中电气部分为日立公司承包，工程建设周期为三年。
2连续退火工艺介绍
本次采用塔式连续退火机组，从工艺上分为清洗（脱脂）和热处理两个部分，也可分为3段：入口段、炉子段、出口段，机组主要技术参数如表1中。
3控制过程
主生产线电机（如开卷机，平整机，辊道等）全部使用矢量控制，电机也采用矢量电机；辅助设备（如风机）采用VVVF控制，电机采用普通变频电机（国内制造），还有一部分（例如油泵，水泵等）采用常速电机（国内制造）。这里重点讲述日立公司变频器在矢量控制和VVVF控制中的应用。
3.1矢量控制变频器
我们通常所说的变频器，在硬件方面包含了两个部分：整流部分和变频部分。在日立驱动系统中，则将两个部分分开来控制，这样做有很多的优点，比如，节约成本，减少中间环节，节能效率提高，见下文详细分析。
日立变频技术在CAL中使用了两种类型驱动系统，即：中型和小型系统，均采用2电平PWM控制，日立变频器还提供有大型IGBT驱动系统，在轧机中有使用，在此不做介绍。
不管是大型、中型还是小型系统驱动系统，都包括了两个主要部分：整流器部分，变频器部分（也称为逆变器部分），变频部分输出波形已近完全接近正弦波。
典型的IGBT驱动系统配置如下：
1）专用的IGBT整流变压器；
2）用于控制的同步变压器；
3）IGBT整流器单元，提供稳定的直流电源；
4）IGBT变频器单元，满足速度控制，电流控制等。
在日立驱动系统中，采用公用整流单元，在其直流母线下挂接多个矢量控制用变频器单元。
使用这种公用直流母线系统的方式有很多的优点：
1）节约设备成本，由于在CAL生产线中，有大量的辊子驱动控制，控制要求也很高，而且不同位置的辊子速度，电流是不同的，如果采用单台变频器对其进行控制， 不仅控制复杂程度加大，也会由于变频器余量的选择不当造成浪费。
2）节约电能，对于传统的控制方式，即1台辊子电机使用1台变频器驱动，在减速过程中要使用制动电阻进行制动，多余的电能消耗在了制动电阻上。而采用公用直流母线方式，将部分辊子电机制动时产生的电能进行回馈到直流母线上，供其他辊子电机使用，从而达到节能的目的。
3）对电网干扰小，采用2电平PWM控制，功率因数接近1；而采用同步电压源和脉冲移位控制进一步降低高次谐波对电源的干扰。
4）降低设备故障引起的停机。采用公用直流母线方式，使得控制变得简化，公用直流母线部分在控制方面相对简单，技术成熟，故障率低等特点。在其中一个变频部分出现故障不会影响其他变频器的运行。
5）备品备件的管理更加简化，由于采用整流和变频部分分开控制，所以其备品备件更加具有通用性。
在矢量控制变频器中，主要控制方式有两种：速度控制和电流控制，在速度控制中其响应为wc=10~30 rad./s，电流控制中其响应为wc=400 rad./s.根据不同的需要采用不同的控制方式，例如，需要高张力和快速响应的卷取机等场合通常采用电流控制，在辊子同步控制的时候采用速度控制。但有时也将速度控制和电流控制联合使用，满足更高控制需求。
通过工业以太网络对各台变频器进行监控和数据管理，对维护和控制更加方便。
3.2VVVF控制变频器
VVVF控制变频器（变压变频控制）主要应用在CAL生产线中的风机，例如，预热炉循环风机，加热炉鼓风机等，其调速要求的精度不是很高，主要是为了控制循环风量的大小，避免通过阀门控制风量不能满足工艺需求。
在VVVF控制变频器中，采用正弦PWM控制，本项目中采用电压源型变频器。频率控制范围：1：10，频率响应：0.01Hz（在50Hz）。具有过电流、过电压保护和欠电压保护功能。可以通过工业以太网和现场总线对变频器进行参数设置和运行状态监控。
VVVF控制变频技术发展已经非常成熟，而且在现代工业中有着广泛的应用，在此不作详细介绍。
参考文献
[1]赵家骏,魏立群.冷轧带钢生产问答.冶金工业出版社,2007.
[2]日立电气公司.日立IGBT驱动系统手册.东京,2006.
[3]王兆安,刘进军.电力电子技术.机械工业出版社,2009.
关键词变频器；矢量控制；连续退火；直流母线
中图分类号TM文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)042-0164-01
我国大约90%以上的能耗是电机能耗，资料显示，中国八成以上的电机产品效率比国外先进水平低二到三个百分点。目前国内广泛应用的Y系列电动机效率平均值为百分之八十七点三；而美国高效电动机的效率平均值为百分之九十点三，其超高效电动机的效率平均值则为百分之九十一点七。所以除了发展高效节能的电机外，推广和发展变频调速技术也是节能降耗的关键。本文重点讲述日立变频技术在连续退火生产线（下文简称CAL）中的应用。
1工程简介
广州JEF钢板有限公司二期工程：1条酸洗-冷轧生产线（简称PL-TCM），1条连续退火生产线，1条镀锌线（简称2#CGL），其总体设计产能是180万吨，主要以汽车板和家电板为主要产品。在二期工程中，主生产线的设计和设备提供者是三菱日立制铁株式会社，其中电气部分为日立公司承包，工程建设周期为三年。
2连续退火工艺介绍
本次采用塔式连续退火机组，从工艺上分为清洗（脱脂）和热处理两个部分，也可分为3段：入口段、炉子段、出口段，机组主要技术参数如表1中。
3控制过程
主生产线电机（如开卷机，平整机，辊道等）全部使用矢量控制，电机也采用矢量电机；辅助设备（如风机）采用VVVF控制，电机采用普通变频电机（国内制造），还有一部分（例如油泵，水泵等）采用常速电机（国内制造）。这里重点讲述日立公司变频器在矢量控制和VVVF控制中的应用。
3.1矢量控制变频器
我们通常所说的变频器，在硬件方面包含了两个部分：整流部分和变频部分。在日立驱动系统中，则将两个部分分开来控制，这样做有很多的优点，比如，节约成本，减少中间环节，节能效率提高，见下文详细分析。
日立变频技术在CAL中使用了两种类型驱动系统，即：中型和小型系统，均采用2电平PWM控制，日立变频器还提供有大型IGBT驱动系统，在轧机中有使用，在此不做介绍。
不管是大型、中型还是小型系统驱动系统，都包括了两个主要部分：整流器部分，变频器部分（也称为逆变器部分），变频部分输出波形已近完全接近正弦波。
典型的IGBT驱动系统配置如下：
1）专用的IGBT整流变压器；
2）用于控制的同步变压器；
3）IGBT整流器单元，提供稳定的直流电源；
4）IGBT变频器单元，满足速度控制，电流控制等。
在日立驱动系统中，采用公用整流单元，在其直流母线下挂接多个矢量控制用变频器单元。
使用这种公用直流母线系统的方式有很多的优点：
1）节约设备成本，由于在CAL生产线中，有大量的辊子驱动控制，控制要求也很高，而且不同位置的辊子速度，电流是不同的，如果采用单台变频器对其进行控制， 不仅控制复杂程度加大，也会由于变频器余量的选择不当造成浪费。
2）节约电能，对于传统的控制方式，即1台辊子电机使用1台变频器驱动，在减速过程中要使用制动电阻进行制动，多余的电能消耗在了制动电阻上。而采用公用直流母线方式，将部分辊子电机制动时产生的电能进行回馈到直流母线上，供其他辊子电机使用，从而达到节能的目的。
3）对电网干扰小，采用2电平PWM控制，功率因数接近1；而采用同步电压源和脉冲移位控制进一步降低高次谐波对电源的干扰。
4）降低设备故障引起的停机。采用公用直流母线方式，使得控制变得简化，公用直流母线部分在控制方面相对简单，技术成熟，故障率低等特点。在其中一个变频部分出现故障不会影响其他变频器的运行。
5）备品备件的管理更加简化，由于采用整流和变频部分分开控制，所以其备品备件更加具有通用性。
在矢量控制变频器中，主要控制方式有两种：速度控制和电流控制，在速度控制中其响应为wc=10~30 rad./s，电流控制中其响应为wc=400 rad./s.根据不同的需要采用不同的控制方式，例如，需要高张力和快速响应的卷取机等场合通常采用电流控制，在辊子同步控制的时候采用速度控制。但有时也将速度控制和电流控制联合使用，满足更高控制需求。
通过工业以太网络对各台变频器进行监控和数据管理，对维护和控制更加方便。
3.2VVVF控制变频器
VVVF控制变频器（变压变频控制）主要应用在CAL生产线中的风机，例如，预热炉循环风机，加热炉鼓风机等，其调速要求的精度不是很高，主要是为了控制循环风量的大小，避免通过阀门控制风量不能满足工艺需求。
在VVVF控制变频器中，采用正弦PWM控制，本项目中采用电压源型变频器。频率控制范围：1：10，频率响应：0.01Hz（在50Hz）。具有过电流、过电压保护和欠电压保护功能。可以通过工业以太网和现场总线对变频器进行参数设置和运行状态监控。
VVVF控制变频技术发展已经非常成熟，而且在现代工业中有着广泛的应用，在此不作详细介绍。
参考文献
[1]赵家骏,魏立群.冷轧带钢生产问答.冶金工业出版社,2007.
[2]日立电气公司.日立IGBT驱动系统手册.东京,2006.
[3]王兆安,刘进军.电力电子技术.机械工业出版社,2009.