ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＤＲＩＶＥ ２Ｏ１４ Ｖｏ１．４４ Ｎｏ．２ 电气传动２０１４年第４４卷第２期 倍尺飞剪过流现象分析 秦友刚 （河钢集团石钢公司第三轧钢厂河北石家庄０５００３１） 摘要：倍尺飞剪正常剪切某尺寸圆钢时易产生过流掉电，导致堆钢事故。主要原因是飞剪电机及飞轮惯 量不能满足剪切负荷要求，在高速情况下大的冲击负荷将导致控制失调。如果使电机在剪切瞬间较早转换为 位置控制不输出正力矩，可以有效避免过流。但机械惯量不足以完成剪切动作，易造成倍尺钢材的头尾 弯曲。折中的办法是合理调整剪刃重合位接近开关位置，兼顾解决过流和头尾弯曲问题，最大限度减少故障 次数。 关键词：倍尺飞剪；过流；零位 中图分类号：ＴＧ３３４．９ 文献标识码：Ｂ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｏｖｅｒ－－ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－・ｌｅｎｇｔｈ Ｆｌｙｉｎｇ Ｓｈｅａｒ ＱＩＮ Ｙｏｕ—ｇａｎｇ （Ｎｏ．３ＲｏｌｌｉｎｇＭｉｌｌＰｌａｎｔ ｏｆＨｅｂｅｉＩｒｏｎ，ＳｔｅｅｌＧｒｏｕｐＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇＩｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＣｏ．，Ｌｔｄ．， Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００３１，Ｈｅｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｆａｉｌｕｒｅ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｏｖｅｒ－ｃｕｒｒｅｎｔ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｌｅ－ｌｅｎｇｔｈ ｆｌｙｉｎｇ ｓｈｅａｒ ｗｈｉｌｅ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｒｏｕｎｄ ｓｔｅｅｌ ｉｓ ｂｅｉｎｇ ｃｕｔ ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ｃｏｂｂｌｅ ｏｆ ｓｔｅｅ１． Ｉ’ｈｅ ｍａｉｎ ｒｅａｓｏｎ ｉｓ ｔｈｅ ｆｌｙｉｎｇ ｓｈｅａｒ ｍｏｔｏｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｅｒｔｉａ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｙｗｈｅｅｌ ｃａｎ ｎｏｔ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｓｈｅａｒ ｌｏａｄ，ｉｍｐａｃｔ ｌｏａｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｌａｒｇｅ ｗｉｌｌ ｌｅａｄ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｄｉｓｏｒｄｅｒｓ．Ｉｔ ｉｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ａｖｏｉｄ ｆｏｒ ｏｖｅｒｃｕｒｒｅｎｔ ｔｏ ｃｈａｎｇｅ ｔｈｅ ｃｏｎｔｏｌｒ ｍｏｄｅ ｏｆ ｆｌｙｉｎｇ ｓｈｅａｒ ｔｏ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｅ ｅａｒｌｉｅｒ ａｔ ｔｈｅ ｓｈｅａｒｉｎｇ ｍｏｍｅｎｔ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｄｉｓａｂｌｅ ｔｏ ｏｕｔｐｕｔ ｔｏｒｑｕｅ．Ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｉｎｅｒｔｉａ ｉｓ ｎｏｔ ｅｎｏｕｇｈ ｔｏ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｔｈｅ ｓｈｅａｒｉｎｇ ａｃｔｉｏｎ，ｈｅａｄ ａｎｄ ｔｒａｉｌ ｏｆ ｍｕｈｉｐｌｅ—ｌｅｎｇｔｈ ｂａｒ ｂｅｎｄ ｅａｓｉｌｙ ｉｔ ｉｓ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｔｏ ａｄｊｕｓｔ ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｃｕｔｔｉｎｇ ｅｄｇｅ ｃｏｉｎｃｉｄｅ ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ ｓｗｉｔｃｈ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｂｅｎｄｉｎｇ ａｎｄ ｏｖｅｒｃｕｒｒｅｎｔ ａｎｄ ｔｏ ｍｉｎｉｍｉｚｅ ｔｌｌｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｆｉｌａｕｒｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｕｈｉｐｌｅ－－ｌｅｎｇｔｈ ｌｆｙｉｎｇ ｓｈｅａｒ；ｏｖｅｒ－－ｃｕｒｒｅｎｔ；ｚｅｒｏ ｐｏｓｉｔｉｏｎ １ 引言 本厂小型棒材连轧生产线有２２架轧机，分６ 额定电流为５８０ Ａ，额定转速为７４１ ｒ／ｍｉｎ，额定电 压为４００ Ｖ，功率因数为０．８５，额定功率为３１５ ｋＷ。 轧制规格（ｚ）１３—３２ ｍｍ为不带飞轮的回转模式； （Ｚ）３４～４６ ｍｍ为不带飞轮的曲柄模式； ８～５８ ｍｍ 为带飞轮的曲柄模式。 自投产以来，倍尺剪总存在过流现象，有时 仅高电流不掉电，有时过流掉电造成现场堆钢事 故。一旦掉电，重新恢复送电即可继续生产。过 流现象主要是生产（２）ｌ３～３０ ｍｍ圆钢时发生，大约 架初轧，６架中轧，６架精轧，４架减定径轧机，１，２ 号剪分布在６架，１２架之后做切头尾及碎断用。 ２２架之后布置３号倍尺飞剪。生产规格｛２）１３～５８ ｍｍ 圆钢。全轧线传动柜采用西门子７０系列，ＰＬＣ采 用的是ＰＣＳ７ｖ４．０２。 ３号倍尺剪的传动柜采用Ｔ３００工艺板控制， 制动方式为再生发电。 传动柜参数如下：型号为６ＳＥ７０４１—１ＴＫ６０一Ｚ， 额定电流为１１００Ａ，额定电压为４００ Ｖ，直流侧 为一５１０～６５０ Ｖ。 电机参数如下：型号为１ＰＱ８ ３５７—８ＰＢ８０一Ｚ， 每当生产小规格产品时都会有１次以上的过流。 有相当长的一段时间，过流现象仅仅发生在生产 ６～３０ ｍｍ圆钢（１６机架出成品）情况。显然，倍 尺剪的过流与生产速度和规格有着直接关系。 动作曲线见图１。 ７３ 作者简介：秦友刚（１９５９一），男，本科，高级工程师，Ｅｍａｉｌ：ｑｉｎｙｏｕｇａｎｇ＠１６３．ｃｏｌｎ 电气传动２０１４年第４４卷第２ａ ２５ 蔷 堰ｌ０ ５ ０ ， Ｉ虿 １ｌ ｛ｌ｝！｝Ｖ ３实号际剪值速 度 Ｖ ＼３５０ 置３００ 骂２５０ ２０ｏ ｆ １ ０ ｛ ｔｉｏｒｓ 图１倍尺飞剪过流波形 Ｆｉｇ．１ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ—ｌｅｎ￣ｈ ｌｆｙｉｎｇ ｓｈｅａｒ ｏｖｅｒ ｃｕｒｒｅｎｔ ｗｇｖｅ￣ｒｎｌＳ ２过流分析 从图１中可以看到剪切过流从启动时就偏 高，速度上升过程较慢且不稳定。表现为机械阻 力大或编码器故障。但盘车和检查编码器都没 发现问题，甚至更换了电机带编码器，整体飞剪 机械，过流依然存在。 图１中剪切过流动作的前一次剪切周期制动 过程有超调现象，表现为电气控制不稳定。我们将 全部电气元件都进行了更换：ＩＧＢＴ，触发板，控制用 电子盒，ＣＵＶＣ，Ｔ３００，通讯板等。过流依然存在。 为了防止超调，调整了ＣＵＶＣ参数Ｐ２３５（低 速时的速度增益）从９降低到８；Ｐ２３６（高速时的 速度增益）从１３降低到１１。过流现象有效减少， 但由于速度出现滞后导致剪切的钢材头部容易 弯曲，操作工不得不提高倍尺剪速度的超前系 数，摸索着调节造成许多生产问题。最终不得不 恢复原参数。 考虑到过流现象主要发生在生产（Ｚ》２６～３０ ｍｍ圆 钢（１６机架出成品）情况，低速基本没有过流，高速时 （生产（ｚ）１３—２４ ｍｍ圆钢１８架以后出成品）有过流现 象，但与生产 ２６～３０ ｍｍ圆钢时相比要明显少一 些。速度增益参数不应当是导致过流的主要原因， 超调现象应当与剪切瞬间电机控制失调有关。 我们还做了其它试验：修改励磁电流Ｐ１０３无 效；修改飞剪起始角度无效；把剪切位置接近开关由 常开改为常闭能有效减少干扰，但对减少过流无效。 图２为飞剪动作过程示意图。其中 为剪切 角，０２为加速角， 为匀速角，良为剪刃与废钢脱 离角；０５为最大减速角。根据飞剪控制原理，飞剪 从启动直到剪切瞬间Ｄ位置为速度控制，确保飞 剪速度与轧件速度的匹配；剪切位Ｄ的接近开关 信号使飞剪立即切换为位置控制，在尽可能短时 间内回到启动位置Ａ；高速剪切后制动过程由于 ７４ 秦友刚：倍尺飞剪过流现象分析 机械惯性作用，会使剪刃超过Ａ点，到达最大超调 点Ｆ位置才制动住再返回到Ａ位置。电机功率输 出主要在剪切启动的速度控制过程，而制动过程 电机是再生发电，观察实际的超调角度 并没有 超过９０。的现象，制动能力足够。因此分析失调 的根本原因是剪切瞬间电机速度控制阶段由于 瞬间负荷冲击过大而导致的。如果让电机提前 进入制动过程应当能够避免失调。 ． 盟友 ． 图２倍尺飞剪动作示意图 Ｆｉｇ．２ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－ｌｅｎｆｌｈ ｌｆｙｉｎｇ ｓｈｅａｒ ａｃｔｉｏｎ ｄｉａｇｒａｍ 我们将检测剪刃重合角Ｄ位置的接近开关 向轧件来料方向Ｃ位置调整了约５。。效果明显 好转，可以保证２～３个月没有过流掉电故障，但仍 有电流偏高现象。于是我们又把接近开关向Ｃ位 置靠近了１０。左右，这时出现了新问题：剪切后的 钢材头尾都出现弯曲，无论怎样调整超前系数和 调整工装都无济于事。从图３曲线可以看出，由 于过早地切换为位置控制，剪切瞬间电机不出 力，完全由机械惯量完成剪切，虽然能够剪切断 钢材，但飞剪速度下降很快使得倍尺钢材头部碰 撞剪刃变弯。试验证明接近开关的位置比剪刃 重合角Ｄ位置超前５。左右是最佳位置。 蔷 墨 ？戢 。 Ｊ』 １＼一 ０ｌ：４６：５５・５ ０ｌ：４６：５６～ｈ：ｍ：ｓ０１：４６：５７・５ ０１：４６：５８・５ 图３剪切钢材头尾弯曲时的速度波形 Ｆｉｇ．３ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｗａｖｅ￣ｒｍｓ ｏｆ ｓｈｅａｒ ａｔ ｔｈｅ ｈｅａｄ ａｎｄ ｔａｉｌ ｏｆ ｂａｒ ｉｓ ｓｈｅｗｅｄ 经过一段时间的运行，倍尺飞剪偶然也会出 现过流掉电，都是由剪刃磨损及工装问题引起 的，只要及时检修更换，过流现象是可控的。 （下转第８０页） 一 ｑ叮５５５＂：２电气传动２０１４年第４４卷第２期 黄智宇，等：基于桥式拓扑的脉冲变压器隔离驱动器优化设计 时，同样可以用外接此结构来增强驱动能力。为 防止偏磁饱和，可在驱动变压器原边串联一隔直 电容。为增强死区时的抗干扰能力，可在副边串 联一小功率ＭＯＳＦＥＴ，通过在此ＭＯＳＦＥＴ栅源级 并联电容，以延迟此ＭＯＳＦＥＴ开通时间，从而使死 区时驱动电压为负压，保证死区时的抗干扰能力。 针对以上分析结论，设计的１．５ ｋＷ数字式车 耗，但是在功率电路的影响下，产生大的电流、电 压尖峰，并在邻近节点耦合大的电压、电流尖峰， 影响系统稳定性。同时快的开关速度容易带来 严重的ＥＭＩ（ｅｌｅｃｔｒｏ．ｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）－－电磁 干扰问题；因此，在实际设计中为使驱动信号具 有最小的波形失真，驱动电压脉冲的前沿、后沿 具有合适的陡度及合适的顶降，应以上述描述产 生各问题机理为依据，反复调试才能得到最优驱 动电路。 参考文献 载充电机驱动波形如图８所示。实验结果表明， 驱动信号具有最小的波形失真，驱动电压脉冲的 前沿、后沿具有合适的陡度及合适的顶降，从而 使ＭＯＳＦＥＴ工作于最佳的开关过程。最终保证 了桥式拓扑电路安全可靠的运行。 ［１］ＣｏｌｏｎｅｌＷＭＴＭｃｌｙｍａｎ．变压器与电感器设计手册［Ｍ］．第３ 版．龚绍文，译．北京：中国电力出版社，２００８． ［２］林渭勋．现代电力电子技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社， ２００６． ［３］杨哲，鞠晓东．／ｊ、型脉冲变压器设计［Ｊ］．变压器，２００６，１２ （４３）：１２—１４． ［４］王全保．新编电子变压器手册［Ｍ］．辽宁：辽宁科学技术出版 社，２００７． ［５］孙亮，杨鹏．自动控制原理［Ｍ］．北京：北京工业大学出版 图８实测驱动波形 Ｆｉｇ．８ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅｓｔ ｄｒｉｖｅｒ ｗａｖｅｆｏｒｍｓ 社。２００３． ［６］吴凤江，高晗璎，孙力．桥式拓扑结构功率ＭＯＳＦＥＴ驱动电 路设计［Ｊ］．电气传动，２００５，３５（６）：３２—３４． ３ 结论 ＭＯＳＦＥＴ要工作在最佳工作状态，不仅要提 高组成驱动器分离器件品质，抑制波形畸变。同 时应注意，尽管快的开关速度可以减少开关损 ……～…．．，，，……ｍｍ ～～… ［７］郭胜强，吴曙明，杨永青，等．ＩＧＢＴ驱动脉冲变压器工作过 程分析及参数选择［Ｊ］．电焊机，２００１，８（３１）：２６—２８． 收稿日期：２０１３一ｏ１一ｌ９ 修改稿日期：２０１３—０９—２３ ．．．，，Ｉ……ｍｍ ……，’．’，’，，．．， （上接第７４页） 通过上述试验，证明了现有电机在某些规格 达到了极限，不能在高速情况下完成剪切较大冲 击负荷的动作。如果使电机在剪切瞬间较早转 换为位置控制不输出正力矩，可以有效避免过 流。但机械惯量不足以完成剪切动作，很容易产 生倍尺钢材的头尾弯曲。比较折中的办法是合 钢材生产时能力不足，要彻底解决问题不是单单 调角度或制参数就能解决的。我们设计了２ 个方案：１）电机，传动柜整体更换。由于电机增 容导致中心高增加，必须更换新的飞剪机械部 分。这样会带来费用、安装时间等一系列问题， 与故障发生率相比得不偿失。此方案被否；２）在 易产生过流问题的规格产品生产时附加飞轮惯 理调整剪刃重合位接近开关，使电机能够在剪切 瞬间略输出正力矩保证飞剪速度不丢失即可。 接近开关的位置调整经过反复摸索才能找到最 佳点，一旦确认，做好标记，不再轻易改动。要彻 底解决过流问题，应当更换合适的电机和传动 柜，但这需要停产改造时间和很大的费用，增加１ 量，让电机启动时给飞轮储能，提高机械惯量的 剪切能力，剪切瞬间电机不出力，避免过流发 生。我们正在进行该方案设计，最大的问题是现 有倍尺飞剪已经有１个用于低速剪切的飞轮，若 再增加１个飞轮在空间上很难设计安装。 套飞轮也有很大难度。相比之下，调整接近开关 位置更实用。 ３结论 收稿日期：２０１３—０１—１７ 倍尺飞剪过流的根本原因是电机控制能力 ８０ 修改稿日期：２０１３—０９—１７
