一、概述 在鋼鐵企業(yè)中，不可逆不調(diào)速的開坯機(jī)、板坯機(jī)等小型軋鋼機(jī)都裝有飛輪，通過調(diào)節(jié)主電機(jī)滑差使飛輪儲存和釋放能量。飛輪釋放能量所產(chǎn)生的力矩與主電機(jī)的電磁力矩共同克服沖擊負(fù)荷，以降低主電機(jī)能量及提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和過載能力?；钫{(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能是能否發(fā)揮飛輪作用的決定性條件。本文重點介紹晶閘管滑差調(diào)節(jié)裝置的特點及改進(jìn)系統(tǒng)的探討。 二、滑差調(diào)節(jié)方案的選擇 開坯軋機(jī)在生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)高達(dá)電動機(jī)額定力矩2.5倍的尖峰力矩，有時甚至達(dá)到3～4倍。這種頻繁的負(fù)荷沖擊要求帶飛輪傳動軋機(jī)的滑差調(diào)節(jié)裝置必須調(diào)節(jié)準(zhǔn)確快速，當(dāng)沖擊負(fù)荷到來時能及時準(zhǔn)確地協(xié)調(diào)電動機(jī)和飛輪地出力，使系統(tǒng)處于最佳運行狀態(tài)。為保證電動機(jī)的出力，調(diào)節(jié)裝置的功率因數(shù)不能降低的太多，另外系統(tǒng)穩(wěn)定性、維護(hù)工作量、提高電機(jī)利用率等因素也應(yīng)予以充分考慮。常用的滑差調(diào)節(jié)方式有常接電阻、接觸器式、頻敏變阻器及液體滑差調(diào)節(jié)器四種。但是都存在一些缺點和弊病。 1）頻敏變阻器滑差調(diào)節(jié)系統(tǒng)，雖然具有阻抗隨頻率改變而自動無級調(diào)節(jié)滑差的特性及系統(tǒng)簡單的優(yōu)點，但由于頻敏變阻器常接在轉(zhuǎn)子上，使感應(yīng)電動機(jī)的功率因數(shù)進(jìn)一步降低。我們知道，電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子功率因數(shù)成正比，功率因數(shù)可視為電動機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)。功率因數(shù)的降低減少了電動機(jī)的電磁力矩，顯然對克服沖擊負(fù)荷是極其不利的。另外，由于電動機(jī)功率因數(shù)低而使沖擊電流比金屬電阻系統(tǒng)大的多，電動機(jī)端電壓嚴(yán)重下降，進(jìn)一步削弱了電動機(jī)轉(zhuǎn)矩，由頻敏變阻器的基本屬性所決定的這一弱點是難以避免的。 2）水電阻滑差調(diào)節(jié)系統(tǒng)有理想的連續(xù)調(diào)節(jié)特性，但系統(tǒng)快速性差，液體電阻值隨溫度而變化，維修量大，一般很少采用。 3）帶接電阻滑差調(diào)節(jié)器特性較軟，飛輪利用率較差，一般只用于小容量電機(jī)。 4）接觸器式滑差調(diào)節(jié)器的最大優(yōu)點是功率因數(shù)較高，電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩大。這種系統(tǒng)多采用單級單星形或雙星形結(jié)線，使電機(jī)利用率降低；通過金屬電阻和接觸器觸頭的電流大，承受電壓高，造成觸頭經(jīng)常燒毀。在生產(chǎn)實踐中雖然不斷進(jìn)行改造和完善，但系統(tǒng)的缺陷并沒有得到徹底解決。 鑒于上述四種滑差調(diào)節(jié)系統(tǒng)都各存在一些弊病，我們在某鋼廠Φ650軋機(jī)上采用了晶閘管滑差調(diào)節(jié)裝置，取得了較理想的效果。 三、晶閘管滑差調(diào)節(jié)系統(tǒng)介紹 晶閘管滑差調(diào)節(jié)裝置的滑差電阻為雙三角并聯(lián)結(jié)線（見圖1）。三組三角結(jié)線的電阻構(gòu)成兩級滑差調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以并聯(lián)電阻的多少而改變電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路的總電阻值，是電動機(jī)運行在不同特性曲線上，電阻的切除和投入是靠晶閘管控制的。起動時，晶閘管KS1、KS2導(dǎo)通，頻敏變阻器和電阻全部接入，使起動電流限制在要求值以內(nèi)。起動后，頻敏變阻器切除，電動機(jī)運行在特性曲線I上，處于空載待軋鋼狀態(tài)。軋鋼時，沖擊負(fù)荷電流由電流互感器LH檢測并送到電流檢測環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)換成電壓信號送入滑差繼電器1#JHW、2#JHW，當(dāng)沖擊負(fù)荷達(dá)到切換點M＊1時，1#JHW切斷觸發(fā)器脈沖，晶閘管KS1截止，切除電阻RT1，電動機(jī)運行在特性曲線II上。如沖擊負(fù)荷繼續(xù)增大達(dá)到M＊2切換點時，2#JHW切斷2#觸發(fā)器脈沖晶閘管KS2截止，切除電阻RT2，電動機(jī)運行在特性曲線III上電動機(jī)由特性曲線I過渡到特性曲線II上運行時，飛輪釋放能量。沖擊負(fù)荷過后，晶閘管KS1、KS2又導(dǎo)通，將電阻RT1、RT2接入轉(zhuǎn)子，電動機(jī)恢復(fù)到特性曲線I上運行，飛輪又存儲能量。 雙三角晶閘管滑差調(diào)節(jié)系統(tǒng)的電阻計算原則與星形結(jié)線計算相似。RC、RT1、RT2并聯(lián)后換算成星形阻值的標(biāo)么值以γ＊ I Y表示，一般應(yīng)使γ＊ n＋γ＊ I Y＝0.05，即為轉(zhuǎn)子接電阻γ I Y的第I特性；RC、RT2并聯(lián)后換算成星形阻值的標(biāo)么值以γ＊ II Y表示，一般應(yīng)使γ＊ n＋γ＊ II Y＝0.06，即為轉(zhuǎn)子接電阻γ II Y的第II特性；RC換算成星形阻值的標(biāo)么值以γ＊ III Y表示，一般應(yīng)使γ＊ n＋γ＊ III Y＝0.09，即為轉(zhuǎn)子接電阻γ III Y的第III特性（見圖2）；按照上述原則可方便地計算出電阻RC、RT1、RT2。 晶閘管滑差調(diào)節(jié)裝置采用電動機(jī)轉(zhuǎn)子加金屬電阻方案，具有較高地功率因數(shù)，能充分發(fā)揮電動機(jī)轉(zhuǎn)矩，有利于克服沖擊負(fù)荷；采用兩極滑差調(diào)節(jié)使電動機(jī)得到充分利用，能有效地挖掘現(xiàn)有電動機(jī)潛力，提高軋制速度，增加產(chǎn)量；采用滑差電阻三角形并聯(lián)結(jié)線，轉(zhuǎn)子電流按并聯(lián)電阻值分配在各支路，滑差電阻回路電流僅為轉(zhuǎn)子電流的50%，晶閘管端電壓僅為轉(zhuǎn)子額定電壓的17%，為采用晶閘管切換電阻創(chuàng)造了非常有利地條件，降低了對硅元件的要求，減少了硅元件的數(shù)量，僅用六只KS500A/600V硅元件即可構(gòu)成兩極調(diào)節(jié)系統(tǒng)。從根本上解決了接觸器式滑差調(diào)節(jié)器燒毀接觸器觸頭問題，并擴(kuò)大了系統(tǒng)使用范圍。 下面對某鋼廠650軋機(jī)滑差調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)計算作一簡述。 主電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)：額定功率2000kW，額定轉(zhuǎn)速493r/min，定子額定電壓6kV，額定電流231A；轉(zhuǎn)子額定電壓1072V，額定電流1150A。 1）計算各電阻值： 轉(zhuǎn)子電阻標(biāo)么值： 四、探討幾個問題 1）設(shè)計中采用的晶閘管滑差調(diào)節(jié)裝置僅滑差電阻是三角結(jié)線，頻敏變阻器仍以星形結(jié)線形式接入電動機(jī)轉(zhuǎn)子，短接頻敏變阻器的接觸器觸頭仍流過轉(zhuǎn)子電流，設(shè)計中選用3臺600A接觸器并聯(lián)使用。如果將頻敏變阻器與滑差電阻構(gòu)成大三角結(jié)線（如圖3），電流減小 ，接觸器容量可大幅度降低，不僅可節(jié)省投資，同時也會進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。 2）對金屬電阻調(diào)節(jié)滑差的評價 感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路外界電阻消耗能量，這是不理想的。然而轉(zhuǎn)子電阻又是產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的必備條件，適當(dāng)?shù)淖柚悼梢愿纳乒β室驍?shù)，增加起動和運轉(zhuǎn)力矩。轉(zhuǎn)子串5%～10%額定電阻后，功率因數(shù)接近于1，轉(zhuǎn)子電流幾乎全部轉(zhuǎn)換成電磁力矩。帶飛輪傳動的軋鋼機(jī)負(fù)載很重，在充分利用飛輪作用的同時電動機(jī)必須能夠輸出最大力矩。金屬電阻調(diào)節(jié)滑差恰能適應(yīng)這種特殊負(fù)荷的要求，表現(xiàn)出其它系統(tǒng)不能相比的優(yōu)越性。因此，金屬電阻在飛輪傳動的特定條件下有其獨特的優(yōu)點，加之系統(tǒng)簡單可靠，價格低廉，長期以來一直是帶飛輪軋機(jī)傳動的主導(dǎo)滑差調(diào)節(jié)方案，在其他頻繁起動及調(diào)速要求不高的機(jī)械上也得到了廣泛應(yīng)用。 3）轉(zhuǎn)子回路外接電阻消耗的電能無疑應(yīng)當(dāng)回收利用，但節(jié)能型滑差調(diào)節(jié)裝置的開發(fā)還有待進(jìn)一步解決系統(tǒng)穩(wěn)定性和效率問題，而且技術(shù)復(fù)雜，投資高，將會限制在中小企業(yè)的應(yīng)用。因此，目前應(yīng)用晶閘管滑差調(diào)節(jié)裝置改造接觸器式滑差調(diào)節(jié)器適合中小企業(yè)的技術(shù)水平和投資能力。這種裝置具有老接觸器式水電阻滑差調(diào)節(jié)器的優(yōu)點，而且技術(shù)成熟、投資少、見效快，是目前改造中小型軋鋼廠帶飛輪軋機(jī)拖動系統(tǒng)的一個理想途徑。