关键词：IGBT；矢量控制；高性能

1 引言

本钢1700热轧生产线荒轧R1区域辊道异步电机共33台，根据生产工艺和机械负载情况将R1区域辊道电机分为19组，分别为除磷箱辊道2组，每组三台电机；除磷箱出口辊道8组，第一组三台电机， 2-4组每组一台电机，5-8组每组两台电机；机架辊辊道2组，每组一台电机；R1出口辊道7组，1-4组每组两台电机，5-7组每组一台电机。根据电机额定功率和转速，逆变器选用TMdriver-10独立柜式和多层抽屉式。公共整流单元选用有能量回馈的IGBT整流器(TMdriver-P10)。

2 TMdriver-10变频装置特性

TMdriver-10系列传动装置是TMEIC公司最新产品。集功率电子技术和微电子技术为一体，可用于各种工业设备驱动系统，是采用绝缘栅双极晶体管IGBT的变频器。变频器为感应电机提供了很好的运转环境、使之发挥出强有力的运转能力。

（1）采用功率电子控制专用32位微处理器(pp7)，1ms速度控制采样时间，250us电流控制采样，实现了高性能的矢量控制，为完整的数据传输和维护监视功能提供可靠保障。历史数据自动保存在Flash Memory记忆卡中，利用PC机进行监控和调节。

（2）高性能绝缘栅双极晶体管功率转换器件可实现高速转换功能，高速控制响应，高精度扭矩控制，减少转换损失，能够安全度过瞬时性停电，高速转换，安静运行。

（3）高精度的速度控制。由于采用全数字矢量控制，实现了高精度速度控制。同时，也实现高速响应(ωc＝60rad/s、无速度传感器时ωc＝20rad/s)。无速度传感器控制时，可以多台电动机并列运行。

（4）TMDdriver-10变频装置维护简单易行，装置内部采用拉出式抽屉结构，便于更换内部元器件，缩短故障恢复时间。主控制板上取消了电解电容，延长主板使用寿命。小型多层抽屉式驱动柜采用安全保护结构，防止误插和误拉。配置输出交流接触器，即使是整流器处于工作状态，也可将功率单元抽出。便于维护。

（5）采用正弦波PWM控制，提高了电动机效率，减少了IGBT逆变器的损耗。因为控制电源波形呈正弦波，减少了电源的高次谐波，可以把电源的功率因数控制在1。

（6））逆变器和整流器可以各保存7个故障信息，可以通过维护工具软件（Driver Navigator）显示故障采用数据，便于故障原因分析。

3 TMdriver-10变频装置基本参数和结构

公共整流装置选用具有能源再生能力的整流器TMdriver-P10, 整流单元输出电压为625～690Vdc，额定功率为1067KW，输入功率因数在0.95以上。有能量回馈的IGBT整流器可以把连续再生运转或重复加速和减速时产生的再生能源存储在直流母线，存储的电能可用于驱动其他逆变器，也可以把再生电能返回到交流电源中。

图1 IGBT能量回馈单线图(TMdrive- P10)

逆变器选用IGBT PWM逆变器，逆变器防护等级为IP20，输出电压最大为460V，输出频率最大为120HZ。IGBT逆变器的主要组成部分由IGBT模块、电容、回路保护快熔、电流互感器、输入直流回路断路器、输出交流接触器、通风风扇、电路板（cpu、通讯等）、显示操作单元构成。125型为多柜式， 200型为单柜式。

                           多柜式125型                                                                                      单柜式200型

图2 125型和200型结构图

4 TMdriver-10通讯方式

TMdriver-10变频装置通讯种类有TOSLINE-S20、ISBus、DeviceNet、MELPLAC和Profibus。我厂设备选用Profibus通讯，配有多模光线转化器。TMdriver-10变频装置通讯传输基板为ARND-8130A，带有9针D-Sub连接器，遵循DP-V0通讯协议。扫描传输采用按一定时间间隔周期性地传输数据方式，输入是PLC的速度基准和顺序信号指令，输出是从驱动装置到PLC上位机控制监视器对应的速度、电流等实际数值。一个配置可以同时接收发送10个字，一个字在传输基板内以BIT位进行发送和接收。驱动装置的数据传输就是把地址作为字节单元看待，字数据上位字节定义在地址M+1中，那么字数据下位字节就定义在地址M中。PLC与驱动装置连接如图3。

图3 PLC与驱动装置连接图

5 矢量控制

矢量控制是利用变频器控制三相交流电机的技术。通过坐标变换，把三相绕组中的电流iA、iB、iC变换到两相静止绕组α、β中的电流iα、iβ，再把iα、iβ变换到两相旋转绕组M、T中的直流电流im、it。实质上就是通过数学变换把三相电机的定子电流分解（解耦）成两个分量，一个是用来产生旋转磁动势的励磁电流分量im，另一个是用来产生电磁转矩的转矩分量it。对照直流电动机的控制模型，就可以找出矢量变换控制的三相异步电动机的控制模型。通过调节三相交流电流iA、iB、iC即可控制输出转矩Te与角速度ω1。





                                                   

图4 TMdriver-10变频器速度控制框图

图5 TMdriver-10速度控制框图

驱动装置从上位机PLC中，将接收到的速度设定指令作为速度基准，然后进行比率处理和限制处理，再输出速度基准信号。速度基准信号和速度反馈两者进行比较，把两者的偏差进行比例积分运算并输出。再经过速度过滤器，转矩限幅处理后，进行转矩限幅运算和di/dt处理，求出最终的转矩基准信号。再转换到磁通轴系，求得IQ基准值。再根据速度基准，求得磁通基准，并求得与磁通相应的ID基准。IQ基准、ID基准通过电流控制模型计算得出三相电压基准，三相电压基准通过PWM控制实现对变频器矢量控制。

6 TMdriver-10变频装置接地系统

TMdrive-10通常是与公共整流器装置（TMdrive-P10等）一起使用的。柜间通过公共ＤＣ母线铜排连接。由于使用这种结构，接地母线铜排也可被设置在柜间连接。原则上公共整流器TMdrive-P10系列的接地母线铜排与驱动装置用的接地干线（ED）要在一个接点上连接。接地除了确保安全的目的之外，也能够将对应的高频装置接地电位固定，因此要使用最短配线连接ED干线与接地极。

驱动装置的接地是使用C接地类别的接地极（表1参照）。

表1

图6 接地回路框图

7 结束语

TMdrive-10逆变频采用全数字・矢量控制方式，能够实现适应生产工艺的加、减速度可逆调节。有能量回馈的IGBT整流装置，不仅能够有效的节约能源，而且为电源系统稳定运行提供优质保证。TMdrive-10变频装置体积小、结构简单、模块一体化、低故障率、运行稳定、为实际现场维护创造便捷。