TMEIC主传动

本教材中对TMEIC传动的结构、工作原理、维护等方面作了一些介绍，同时对传动的选型、电机、IEGT冷却装置以及最新功率器件IEGT作了简要说明。
第一章传动类型和电机
本次粗轧技改中采用的TMEIC传动系列包括TMD-10，TMD-30、TMD-70，TMD-10采用的IGBT功率器件，主要用于低电压传动和辅传动；主要用于精轧I8传动、CS前入口辊道传动、CB传动以及F0临时辊道传动。TMD-30为三电平IGBT电压型PWM变频器，主要用于中压传动。新飞剪传动就是采用的TMD-30传动，它的整流器为TMDrive-T30，采用晶闸管整流，逆频器为IGBT的TMDrive-30，可以实现矢量控制和无传感器矢量控制。R2、立辊、F0、F1、F2传动采用的TMD-70传动，为三电平IEGT电压型PWM变频器，均采用IEGT。它包括整流器为TMDrive-P70，逆变器为TMDrive-70，均采用IEGT。
110
100
561
1640
7.7
400
100
TBA
2000
26.1
1.1.4F0、F1、F2电机
精轧主传动电机为单驱动的凸极交流同步电机，主要数据见表1.3。F1、F2主传动电机规格型号一样，F1、F2主电机安装时需要充分利用原有电机基础。
数量
-
3
极数
-
6
功率
KW
5800
速度（基速）
rpm
150
（高速）
TMEIC
本次粗轧技改中将对粗轧机R2、立辊、精轧机F0、F1、F2主传动进行改造，采用的设备为TMEIC传动系列，TMEIC是东芝、三菱电气公司的缩写；TMEIC传动系列包括TMD-10，TMD-30、TMD-70、TMD-80（以上简称是对整个变频器而言的，如TMD-70包括逆变器TMdrive-70、整流器Tmdrive-P70、励磁装置等），本次技改中传动的型号涉及前面三种，传动所采用的功率器件有可控硅、IGBT、IEGT，IEGT是东芝最新开发的大功率半导体器件。以上变频器类型为交－直－交变频器，控制对象为交流异步电机和交流同步电机。
图3.4整流源的IEGT工作原理
3.1.3励磁整流器主回路工作原理
励磁整流器由一套晶闸管整流桥组成，给同步电动机的励磁绕组线圈供电，见图3.5；根据交流侧的每一相的同步脉冲触发，晶闸管整流桥可以把交流电整流为任意大小的磁场电压。若脉冲触发角度为PHCF°，输入交流电压为VAC，输出的磁场电压为VDC，则存在下列关系：
ppm as CaCO2
Chlorine lon (Cl-)
< 200 ppm
Sulfate Ion (SO4--)
< 150 ppm
Silica(SiO2)
< 50 ppm
All irons(Fe)
< 0.5 ppm
Ammonium Ion(NH4+)
Ni
Sulfurate Ion(S--)
Ni
第二章主传动特点介绍
图3.2矩形波
图3.3 PWM控制下的正弦波
3.1.2三电平整流器工作原理
同样，在图3.4中清楚的表明了三电平IEGT整流器的工作原理，示意图如下：
A：当Q1、Q2为ON时（正向电流）B：当Q2、Q3为ON时（正向电流）
C：当Q3、Q4为ON时（正向电流）D：当Q1、Q2为ON时（反向电流）
E：当Q2、Q3为ON时（反向电流）F：当Q3、Q4为ON时（反向电流）
粗轧机
数量：2 (双线圈)
电机结构类型类型SCCR-CHPCM
功率：12极- 6000 kW - 45 / 90 rpm – 3000 / 3000 V – PF 1.0 – F
最小转矩1272 kNm
过载能力：100% -连续(B rise)
115% -连续(超过B rise.)
225 % - 60秒–重复
IEGT（注入增强栅晶体管）是新型电压型功率元件，具有高压、大容量、低电压触发和开关频率高等特点。IEGT是把IGBT和GTO器件二者的优点结合起来，与IGCT功率器件特点类似，下面是IEGT实物图。
适用于鼠笼式异步电机、同步电机的各种控制。
三电平逆变器：
三电平PWM电压控制可实现输出正弦波电压，可减少电机侧的高次谐波，从而可以减少转矩脉动现象。一套IEGT逆变器可以输出3000KV的电压，输出电压越高，动力电缆的成本相对较低。
表1.4为工业用水的水质要求：
Turbidity
<10 ppm
pH
6.5 < < 8.5
Conductivity
< 500S/cm
Total Hardness
< 200 ppm
ppm as CaCO2
Evaporation Residues (TDS)
< 500 ppm
M Alkalinity
< 100 ppm
rpm
365
频率（基速）
Hz
7.5
（高速）
Hz
18.25Leabharlann Baidu
额定电压
V
3150
额定电流
A
1110
功率因子
1.0
磁场额定电压
V
90
磁场额定电流
A
780
过载
%
100%-连续. (B rise)
115%-连续
150%-180 s
200%-瞬间
（跳闸）
225%
保护
-
IP44
绝缘
-
F
温升
B (100%负载)
冷却
-
2
1300 kW
110/400 RPM
IM
TMD-70
立式安装
1112
飞剪
1
980 kW
680 RPM
IM
TMD-30
双线圈
1121
F0
1
5800 kW
150 / 365 rpm
SM
TMD-70
1122
F1
1
5800 kW
150 / 365 rpm
SM
TMD-70
1123
F2
1
5800 kW
150 / 365 rpm
主要数据有：
数量：2
电机类型：鼠笼式异步电机，ICK-CVKV
功率：8极，1300KW－110/400rpm-1640/2000v
过载能力：100%－连续（B极温升）
115%－连续
200%－60s重复
表1.2为立辊速度、电流等电气数据
表1.2
Speed
Load
Current
Voltage
Frequency
3.1
3.1.1三电平逆变器工作原理
图3.1显示了三电平IEGT逆变器的工作原理：
在下面的示意图中，只表示了三相电源中的一相回路上的四个IEGT的工作状态，通过它们的通断来获得比较理想的正弦波电压，带箭头的划线为回路中电流。Q1～Q4分别表示4个IEGT，ON、OFF表示IEGT的通、断状态，与IEGT反并联的4个二极管为续流二极管；D5、D6为钳位二极管；一个标准的IEGT组件还应有DC钳位浪涌电路，它由二极管、电容、电阻等组成，以下示意图中没有表示出来。
术语条目
描述
3-level inverter
具有三电平输出的逆变器，三电平：（＋）、（0）、（－）
CTR circuit board /
MB circuit board
主控制电路板
GDM circuit board
门极驱动板
IEGT
注入增强栅晶体管
MCCB
模壳式回路开关
PP7
Toshiba32位处理器
A：当Q1、Q2为ON时（正向电流）B：当Q2、Q3为ON时（正向电流）
C：当Q3、Q4为ON时（正向电流）D：当Q1、Q2为ON时（反向电流）
E：当Q2、Q3为ON时（反向电流）F：当Q3、Q4为ON时（反向电流）
图3.1三电平IEGT逆变器的工作原理
在三电平逆变器中，通过使4个IEGT按Q1~Q4组合顺序通断（图A、B、C、D、E、F）就可以最终得到平均输出电压为正弦波，所谓三电平是指P电位（正）、C电位（0）、N电位（负）。图3.2显示由IEGT通断产生的矩形波以及图3.3显示逆变器最终输出的正弦波电压。
(2)高精度速度控制（逆变器）
使用全数字和矢量控制确保高精度速度控制和高速度响应，（ωc = 60 rad/s，对于无速度传感器控制ωc = 20 rad/s）。
(3)较高的瞬间响应和稳定性
(4)高的功率因子
(5)良好的维护调试工具
(6)支持多种通讯协议
支持TOSLINE-S20、ISBUS、PROFIBUS、DEVICENET等多种通讯方式。
为了电机检修方便，R2、立辊、飞剪、F0~F2主传动逆变器和电机间增加了电机隔离盘，操作方式为手动；由于R2上下辊电机、飞剪电机为双线圈驱动，所以都配置了2台隔离盘。
1.1主电机和传动的主要参数
表1.1主电机、主传动列表
1101
粗轧机
2
6000 kW
45/90 RPM
SM
TMD-70
双线圈
1111
立辊
2.1
TMD-70传动属于三电平PWM IEGT逆变器，为全数字化、矢量控制交流电机传动系统；适用于大型传动如轧钢厂主传动。TMD-70变频器主回路主要由TMdrive-70和整流器TMdrive-P70组成。对于大容量的交流电机的调速控制中具有更高的准确性和高效性；IEGT结构的整流器可以把交流电转换为直流电提供给逆变器。TMD－70变频器对电网污染较小。
250 % - 20秒-重复
275 % -跳闸
功率因子：1.0
标准：JEC-114 (1979)、JEC-146 (1979)
绝缘等级：在B级温升的情况下绕组绝缘为F级；在环境温度为40°C时电机允许连续过载能力为100 %。
图1.1粗轧电机安装示意图
1.1.3立辊电机
立辊电机为交流异步电机，电机冷却采用强迫风冷方式，安装方式为立式。
ICW37A86
冷却水
litter/min
600
1.1.5TMEIC传动类型和容量
图1.2中显示了TMEIC传动系列关于电压和容量的关系，此图可以用来参考TMEIC传动选型。
图1.2 TMD传动
1.2IEGT冷却装置
所有采用IEGT变频器的TMD-70传动采用了纯水冷却系统，共2套；R2、立辊传动一套，F0~F2传动一套。水冷却方式具有低震动、无噪音、传热效果好的特点，大大降低传动设备的维护工作量。冷却装置有外循环和内循环，外循环连接工业用水，内循环为传动柜之间循环，采用纯水，所以对水质量有要求。
三电平整流器：
三电平的IEGT整流源可以达到功率因子为1.0，同时可以大大减小高次谐波电流，对电网污染较小，从而不需要额外增加高次谐波过滤器和SVC。
处理器：
高性能的32位处理器“PP7”，可以满足工厂复杂、高速、准确的传动控制。
2.2术语简介
为了大家便于理解，将一些重要的术语进行简要说明，列表如下：
(7)能量回馈
2.3.3逆变器的相关电气参数说明：
整流器相关电气参数说明：
2.3.4逆变器控制参数说明：
电机为同步电机，速度传感器为Resolver。
2.3.5整流器控制参数说明：
第三章TMD-70工作原理
本节将以交流同步电机为控制对象对TMD－70传动的控制原理作一些介绍，主要涉及主回路结构、IEGT的工作原理、速度控制、电流转矩控制、励磁控制等方面内容。
TOSLINE-S20
光纤传输转换接口板，支持东芝设备的一种特殊通讯。
Inverter stack
一套逆变器功率单元，主要包括IEGT和触发板
2.3逆变器和整流器的特征描述
2.3.1特征
(1)高性能和高稳定性
使用大容量的IEGT可以获得高的稳定性，减少开关损耗和提高控制性能。控制回路采用新开发的计算机微处理器，它由8层电路板焊接而组成，具有高集成性和高稳定性。
图3.7逆变器控制框图
3.3.1速度给定环节
外部的速度给定（25000＝100%）通过通讯或模拟给定端子送到SP_REF1，经过斜波和限幅环节输出为SP_R信号。除了SP_REF1用于主速度给定外还有其他的修正速度给定SP_REF2，符合平衡信号DT_LB_CMP_IN，点动JOG_R等。
3.3.2速度控制
SM
TMD-70
备注：
新改造的TMEIC传动与一级系统通讯采用的是IS-Bus通讯
1.1.1两种传动配置
F0~F2主传动采用的是一套TMD-70配置，配置示意图如下：
R2采用的2套TMD-70配置，配置示意图如下：
1.1.2
粗轧主电机是双驱动的凸极式交流同步电机，由三电平PWM变频器驱动；具有较强的抗冲击转矩能力。图1.1为粗轧机电机的安装示意图。
3.3.2.1速度控制1（ASPR）
速度给定信号SP_R和速度反馈信号的偏差作为PI调节器的输入，PI调节器的输出再经过滤波和转矩限幅处理，最后形成转矩控制环节的转矩给定SFC_T_R（4000＝100%），带$记号的变量为设定参数。
图3.5励磁整流器
3.2 TMD-70传动系统结构图
图3.6中比较详细地显示了整流器的IEGT主回路结构和控制回路、逆变器的IEGT主回路结构和控制回路、励磁回路以及整个系统中各个部分的关系。
图3.6主回路结构图
3.3
图3.7为逆变器的控制框图，主要由速度给定环节、速度控制环节、转矩给定环节、电流给定环节、电流控制环节、电压给定环节、PWM控制环节和反馈回路环节等；其中电流环节包括电流坐标变换后的D、Q轴电流给定和D、Q轴电流控制部分；反馈回路环节包括D、Q轴电流反馈和速度反馈部分。以下对每个环节作简要解释。