一驮肄、概述
水平連鑄技術(shù)是二十世紀(jì)八十年代出現(xiàn)的連鑄新技術(shù)川霞。由于水平連鑄工藝簡單，效率高悬朱，產(chǎn)品質(zhì)量好勇垛，故在冶金行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用脖母。拉坯技術(shù)是水平連鑄技術(shù)的核心，為了使液態(tài)金屬在結(jié)晶器里的結(jié)晶更加充分闲孤、均勻谆级，拉坯的拖動(dòng)系統(tǒng)要通過多臺驅(qū)動(dòng)電機(jī)完成拉---停---推---停---拉的往復(fù)變速運(yùn)動(dòng)。這就對驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間讼积、跟隨性肥照、同步性等技術(shù)指標(biāo)提出了很高的要求。
山東鼎犀特鋼的連鑄拉坯生產(chǎn)線是2002年新建項(xiàng)目勤众。該生產(chǎn)線采用浙江中源電氣有限公司的稀土永磁交流伺服電機(jī)（3臺舆绎、15KW/臺、型號：TYSZ-1500-160）们颜，配套德國KEB的F5伺服控制器吕朵，實(shí)現(xiàn)速度同步控制功能和主從同步控制功能，響應(yīng)快窥突，定位準(zhǔn)努溃，同步性好，2003年7月份通過現(xiàn)場調(diào)試阻问，目前運(yùn)行情況良好檩翁，各項(xiàng)性能指標(biāo)已完全達(dá)到水平連鑄的拉坯工藝要求。
二族逻、中源電氣TYSZ系列稀土永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)的性能特點(diǎn)
- 調(diào)速景絮、定位精度高；
- 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快（電磁時(shí)間和機(jī)電時(shí)間常數(shù)衅槁纭）坑箭；
- 靈敏度高（電動(dòng)機(jī)始動(dòng)電壓小）捉泣；
- 調(diào)速范圍寬，過載能力強(qiáng)秒聪；
- 功率范圍大舵素，最大可達(dá)75KW；
- 線性度好跷焚，力矩波動(dòng)忻秩荨；
- 功率密度大逸萄，體積小葫督，重量輕；
- 損耗低板惑，效率高橄镜；
- 噪音低偎快，溫升低，壽命長洽胶。
三晒夹、連鑄伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡述
連鑄拉坯的運(yùn)動(dòng)曲線是近似于正弦波的模擬量波形。它由單片機(jī)程序控制姊氓，通過鍵盤輸入和顯示器監(jiān)視來調(diào)整拉坯的頻率和速度丐怯，操作簡單快捷。伺服控制器通過接收開關(guān)量控制信號和單片機(jī)的模擬速度給定信號來驅(qū)動(dòng)電機(jī)翔横。單片機(jī)通過位置反饋信號來實(shí)時(shí)檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)軌跡读跷，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的位置閉環(huán)，以保證電機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡符合工藝要求禾唁。參見圖1水平連鑄工藝流程控制示意圖效览，圖2控制系統(tǒng)框圖。
圖1 水平連鑄工藝流程控制示意圖
圖2 控制系統(tǒng)框圖
四椅洗、拉坯工藝對驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)要求
根據(jù)拉坯工藝的控制要求巧焕，速度給定信號（近似于正弦波形的模擬量）由單片機(jī)輸出，通過屏蔽通訊電纜送到伺服控制器耍缩，來驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)往復(fù)變速運(yùn)動(dòng)转甥，電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行軌跡波形必須快速、同步交印、精確地跟隨給定信號曲線享立，才能完整地完成拉坯過程。這就要求驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必須達(dá)到以下技術(shù)要求：
(1) 響應(yīng)時(shí)間
拉坯頻率一般在80-200次/分（可調(diào)）丘梭，拉速一般在0-2米/分（即0-800轉(zhuǎn)嫂镇，可調(diào)）。這樣一個(gè)完整的拉---停---推---停---拉運(yùn)行過程柄叹，所需的時(shí)間大約在0.3S-0.8S左右竞茂。其中拉的過程所需時(shí)間在0.2S-0.6S，對響應(yīng)的時(shí)間要求最高漓客。中源電氣的稀土永磁交流伺服電機(jī)（15KW）的響應(yīng)時(shí)間在150mS（對應(yīng)1000轉(zhuǎn)）左右固啡，完全可以達(dá)到拉坯工藝對電機(jī)響應(yīng)時(shí)間的要求。
(2) 跟隨性能
跟隨性能的好壞直接影響到連鑄拉坯的質(zhì)量蝙斜。如果跟隨性不好名惩，那么拉、停孕荠、推的幅值和時(shí)間就很難控制娩鹉，會(huì)引起鋼坯內(nèi)部結(jié)晶不均勻，表面出現(xiàn)褶皺稚伍、裂縫等缺陷弯予。中源電氣的稀土永磁交流伺服電機(jī)（TYSZ-1500-160）配用德國KEB的伺服控制器戚宦，采樣時(shí)間最快可達(dá)到0.5ms. 而且，轉(zhuǎn)子的永磁結(jié)構(gòu)決定了轉(zhuǎn)速與頻率的嚴(yán)格對應(yīng)關(guān)系（n=60f/p）熙涤，極數(shù)一定的情況下阁苞，單位時(shí)間內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)只隨著頻率的變化而變化，完全克服了異步電機(jī)有轉(zhuǎn)差的缺點(diǎn)祠挫，控制精度更高那槽。
(3) 同步性能
本系統(tǒng)中，三臺伺服電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)三根壓輥等舔，電機(jī)與電機(jī)之間的同步性要求較高骚灸。鋼坯表面經(jīng)過冷卻已經(jīng)凝固，屬鋼性物體恤诀，如果同步性不好热跨，就會(huì)出現(xiàn)某臺電機(jī)驅(qū)動(dòng)輥打滑、出力不一致等現(xiàn)象碑肚，輕微時(shí)會(huì)影響鋼坯的質(zhì)量悍暴，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成無法正常生產(chǎn)、停車等重大事故尔芯。
伺服系統(tǒng)采用速度同步控制功能和轉(zhuǎn)矩控制功能汽心。在起鑄階段采用速度同步控制，因?yàn)檫@時(shí)三臺電機(jī)的驅(qū)動(dòng)輥是在牽引引錠桿運(yùn)行拓嗽，每個(gè)驅(qū)動(dòng)輥上的壓輥都需要單獨(dú)抬起熏疾，以讓引錠桿與鋼坯的連接處通過，這個(gè)階段對三臺之間的轉(zhuǎn)矩控制要求不高尖初。當(dāng)鋼坯完全通過三個(gè)驅(qū)動(dòng)輥后采用轉(zhuǎn)矩控制方式實(shí)現(xiàn)主從同步葵昂。這時(shí)由于驅(qū)動(dòng)的鋼坯屬鋼性物體，不出現(xiàn)打滑時(shí)纯末，三臺電機(jī)的驅(qū)動(dòng)輥的線速度嚴(yán)格保持一致寥掐。此時(shí)，由主機(jī)控制驅(qū)動(dòng)輥速度磷蜀，主機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩通過模擬量口輸出曹仗，作為從機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定，控制從機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與主機(jī)一致蠕搜。這樣既保證了三臺電機(jī)在速度上的一致性，又保證了三臺電機(jī)負(fù)荷均衡收壕。
(4) 抗干擾性能
干擾是每套電氣設(shè)備都會(huì)碰到的問題妓灌。小則影響控制的精度，大則使整套設(shè)備無法正常運(yùn)行蜜宪。該伺服系統(tǒng)使用的通訊電纜采用多層屏蔽虫埂，抗干擾能力強(qiáng)祥山，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
在山東鼎犀特鋼的現(xiàn)場調(diào)試過程中掉伏，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有過兩次故障：第一次為電機(jī)在快速制動(dòng)過程中產(chǎn)生再生能量缝呕，導(dǎo)致控制器的直流母線電壓過高而自動(dòng)保護(hù)，加能耗制動(dòng)電阻后故障解除斧散。第二次為拉坯模擬量信號傳送到控制器后出現(xiàn)正偏差致使電機(jī)的實(shí)際速度曲線變形诚咪，經(jīng)過檢查、測試后發(fā)現(xiàn)是由于拉坯波形的程序控制模塊有問題啸席，經(jīng)過程序調(diào)試人員的處理后搭肠，故障得到排除。
一年來币皂，山東鼎犀特鋼的這條水平連鑄生產(chǎn)線運(yùn)行穩(wěn)定眯华，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)沒有出現(xiàn)一次故障，總拉坯產(chǎn)量達(dá)到20000多噸筋擒，鋼坯質(zhì)量完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求拇掺。國產(chǎn)稀土永磁交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在水平連鑄的使用中得到圓滿成功。
五破卜、各種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)比較
表1 各種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)比較
六赚毫、伺服電機(jī)與異步、同步電機(jī)性能對比
表2 各種電機(jī)性能對比
七估态、總結(jié)
應(yīng)用國產(chǎn)稀土永磁伺服電機(jī)組成的系統(tǒng)具有控制方式多樣化循谨、控制精度高、節(jié)能效果明顯嗡身、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)倔撞，已接近國際先進(jìn)水平，而且售后服務(wù)更加全面慕趴，快捷痪蝇，為用戶節(jié)省了開支。目前TYSZ稀土永磁交流伺服電機(jī)已在冶金冕房、印染躏啰、包裝、紡織耙册、印刷给僵、軍工等行業(yè)廣泛使用，使用情況良好详拙。隨著應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用行業(yè)的不斷拓寬帝际，國產(chǎn)稀土永磁伺服電機(jī)也正在不斷成熟、不斷完善饶辙。
稀土永磁交流伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在連鑄生產(chǎn)線上的成功應(yīng)用蹲诀，說明國產(chǎn)稀土永磁伺服電機(jī)（尤其是大功率伺服電機(jī)）與高性能的伺服控制器匹配后斑粱，組成的系統(tǒng)完全能滿足某些高性能的工藝要求，是一種具有較高性價(jià)比的系統(tǒng)方案管员。
