專利名稱：軋機機架用驅動裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種軋機機架用驅動裝置。
對大型驅動裝置供電的工業(yè)電網，例如用于軋鋼機的交流電壓供電網，負載有很大的電感式無功功率。這導致了局部的壓降和高的傳輸損失。尤其是弱電網和遠離發(fā)電機的電網會出現這種情況。已公知可通過昂貴的無功功率補償設備來解決此問題，該補償設備由被接通的電容器工作臺以及在可能情況下外加被調節(jié)的穩(wěn)定器(晶閘管調節(jié)器和電抗器)組成。
本發(fā)明的目的在于提供一種驅動裝置，用它可得到一種簡單、便宜的無功功率補償。
本發(fā)明的目的是通過權利要求1所述的一種驅動裝置來實現的。因此該驅動裝置具有至少一個交流電動機和至少一個變流器，交流電動機經該變流器與一交流電壓供電網相連接，其中該變流器控制該交流電動機從交流電壓供電網獲取的有效功率，且在交流電壓供電網中供電性地形成一可調的、尤其是電容性的無功功率。由此可避免采用用于驅動裝置的昂貴的補償設備。
在本發(fā)明的具有優(yōu)點的實施形式中，驅動裝置是這樣來設計的它補償至少一個與交流電壓供電網相連接的、產生無功功率的裝置的電感性和/或電容性無功功率。這是一個特別具有優(yōu)點的實施形式，因為這樣可不采用與交流電壓供電網相連接的，用于其它產生無功功率裝置的昂貴的無功功率補償裝置，尤其是驅動器。以這種方式可以構思用于工業(yè)設備、尤其是用于軋機的特別廉價的驅動裝置。
在本發(fā)明的另外的具有優(yōu)點的布置形式中，將驅動裝置這樣來設計它根據交流電壓供電網的交流電壓的基波來補償無功功率。
在本發(fā)明的又一具有優(yōu)點的布置形式中，將驅動裝置這樣來設計根據交流電壓供電網的交流電壓的一個或多個諧波分量來補償星形無功功率，這樣也可取消用于補償諧波分量的濾波器工作臺。
在本發(fā)明的再一具有優(yōu)點的布置形式中，驅動裝置具有一中間耦合電路電壓計算裝置，它根據交流電壓供電網的電壓來計算中間耦合電路電壓。
特別具有優(yōu)點的是使用根據本發(fā)明的用于在一個1～20MW、優(yōu)越地為2～10MW的功率范圍內工作，或者是有關用于一2～30MW、優(yōu)越地為4～20MW的功率范圍的沖擊載荷的驅動裝置。
本發(fā)明的驅動裝置在用于串聯的交流電動機方面證明是特別有利的，亦即在這樣的電路中，其中交流電動機具有開路繞組，這些繞組雙向均由變流器供電。
本發(fā)明的驅動裝置此外可特別有利地用于驅動一軋機的軋機機架。
本發(fā)明的驅動裝置也可特別有利地被用于通過無功功率饋入來支持供電網電壓。
本發(fā)明驅動裝置的變流器另外還可被實施為風冷式變流器。
本發(fā)明的其它優(yōu)點和細節(jié)可根據附圖并結合從屬權利要求通過以下對實施例的描述來加以了解。附圖中

圖1所示為本發(fā)明的驅動裝置，圖2所示為用于本發(fā)明驅動裝置的一調節(jié)裝置，圖3所示為一變流器裝置，用于對在電網和機器側的一具有三點接通的分換流器的交流電動機供電，圖4所示為一變流器裝置，用于對一具有三點接通的分換流器的具有開路繞組的交流電動器作雙向供電。
圖5示出將按照本發(fā)明的變流器用于一軋機。
圖1示出一根據本發(fā)明的驅動裝置，它具有一交流電動機6，該交流電動機6經一變流器和一變壓器2或一電抗器與一供電網1相連。該變流器具有一自動控制的整流器3、一直流電壓中間電路4、以及一自動控制的振動子換流器5。交流電動機6從供電網1獲取的功率借助一調節(jié)裝置7來調節(jié)。為此給該調節(jié)裝置提供一振動子換流器所需要的電壓中間電路額定電壓U*ZK，用于調整交流電動機6的轉矩、轉速和/或功率。調節(jié)裝置7如下調節(jié)自動控制的整流器，使得在其輸出端具有一中間電路電壓UZK，該電壓UZK相應于所期望的中間電路額定電壓U*ZK。此外，還為調節(jié)裝置7輸入一無功功率額定值Q*。調節(jié)裝置7這樣來調節(jié)自動控制的整流器3，使得它給出一無功功率到供電網1上，該無功功率相應于期望的額定無功功率Q*。在根據圖1的示例性實施形式中，本發(fā)明的驅動裝置具有一用于預給定無功功率值Q*的裝置9。該裝置9有利地預先規(guī)定一無功功率額定值Q*，該額定值Q*導致本發(fā)明驅動裝置的一無功功率的輸出，該無功功率輸出補償在供電網1上的產生無功功率的裝置8的無功功率輸出。由此本發(fā)明的驅動裝置不僅能補償根據供電網1的交流電壓基波的無功功率，而且也能補償其高頻諧波分量。
圖2示出圖1所示調節(jié)裝置7的一示例性詳細布置形式。該調節(jié)裝置7在該示例性布置形式中具有一中間電路電壓調節(jié)器10、一有效電流調節(jié)器11、一無功電流預定裝置12、一無功電流調節(jié)器13、一控制裝置14、以及一測量值處理器15。中間電路電壓調節(jié)器10從中間電路額定電壓U*ZK以及中間電路電壓UZK中求得一用于有效電流的額定值I*W。無功功率預定裝置12從無功功率額定值Q*中求得一無功電流額定值I*B。有效電流調節(jié)器11從有效電流額定值I*W和有效電流實際值IW中產生一用于變壓器2和自動控制的整流器3之間的電壓的額定值。無動電流調節(jié)器13從無功電流設定值I*B和無功電流實際值IB中也產生用于變壓器2和自動控制的整流器3之間的電壓的額定值。有效電流調節(jié)器11和無功電流調節(jié)器13的輸出被輸入一控制裝置14，該控制裝置14這樣地來產生用于自動控制的整流器3的功率半導體器件的控制信號，使得所希望的電壓產生于自動控制的整流器3的交流側。
在具有優(yōu)點的布置形式中，有效電流調節(jié)器11和無功電流調節(jié)器13的輸出經控制裝置14被相加。有效電流實際值IW、無功電流實際值IB、以及中間電路電壓UZK被測量或者有利地借助一測量值處理器15被確定。該處理器15通過供電網1的電流和電壓的相位的取向從變壓器2和自動控制的整流器3之間的電流測量值中求得有效電流IW和無功電流IB。
用于預先規(guī)定無功功率額定值Q*的裝置9通過例如對交流電壓供電網1的電流和電壓的測量來求得該額定值Q*。在替代性布置形式中，在用于預先規(guī)定無功功率額定值Q*的裝置9中從對與供電網相連的裝置的已知數據中求得無功功率需求或者一與之等價的量。在特別有利的布置形式中，用于預先規(guī)定無功功率額定值Q*的裝置9與一上級控制系統(tǒng)相連接，或者與這樣一種控制系統(tǒng)的部分相連，且以對連接在交流電壓供電網1上的裝置和它們的工作狀態(tài)的數據中求得無功功率需求。這樣例如多個根據本發(fā)明的驅動裝置便可以具有單一的一個用于預先規(guī)定它們的無功功率額定值Q*的裝置9。
圖3示出一個用于對交流電動機供電的變流器裝置，其中電網側的分變流器33以及電動機側的分變流器34被設計成相同并具有以三點接通的GTO(閘門電路斷開裝置)。其中示出一相位組件的主電流回路及其布線網絡40或41。分變流器33和34各自具有三個這樣的相位組件。正極端的中間電路電容器37與負極端的中間電路電容器39一起組成直流電壓中間電路，經該中間電路將兩分變流器相連接。正極端的布線回授電阻36和負極端的布線回授電阻38與布線網絡40或41的相應的一側相連接。
電網側的分變流器33在輸出端通過變壓器31和功率開關器32與電網30相連接。電動機一側的分變流器34在輸出端與交流電動機35相連接。
在圖4的配置形式中，第一變流器74和第二變流器75在其輸出端分別與交流電動機73的開路三相繞組的一側71和72相連接。通過這一配置除了功率被增加一倍外還可得到一特別有利的工作特性，因為根據預先調整好的脈沖方法，僅在GTO晶閘管的低開關頻率時便在電動機上達到了一在很大程度上為正弦波形的、具有較少諧波分量的電流變化曲線。
第一變流器74在電網側通過一個選擇在電網側的附加電感63和第一變壓器61例如以星形/三角形連接法與供電網60相連接。第二變流器75通過一個選擇在電網側的附加電感64和第二變壓器62有利地相對于第一變壓器偏轉30°角地(例如采用星形/星形連接法)與供電網60相連接。尤其是當變流器由按三角形連接法連接的分變流器組成時(如本實施例所述)，通過這樣的布置會對電網產生特別有利的網絡反饋。在這樣的情況下，即便在自動控制的電網變流器的基波脈沖周期中，也會導致電流變化曲線為正弦形且只帶有很小的諧波分量。
兩個變流器74和75各自在電網側具有分變流器66或65而在電動機側各自具有分變流器69或70，它們各自經一直流電壓中間電路67或68相連接。兩直流電壓中間電路67或68相互間電氣分開。所有分變流器66、65、69、70被設計成三點連接，優(yōu)選地具有RC閘門電路斷開器。
圖5示出將本發(fā)明的工作裝置運用于一軋機。軋件103在軋機機架104、105、106、107中被軋制，上述軋機架為電氣馬達99、100、101、102所驅動。馬達99、100、101、102各自經一變壓器91、92、93、94和一變流器95、96、97、98由一供電網90所供電。在一可能的實施例中，變壓器91、變流器95和交流電動機99為本發(fā)明驅動裝置的一部分，該驅動裝置補償由其它軋機機架105、106、107的驅動裝置所產生的無功功率。本發(fā)明的用于補償無功功率的驅動裝置和已知的驅動裝置所占的比例完全根據對電容性無功功率的需求而定，以便來補償普通驅動裝置的電感性無功功率。
對實際來說具有更大意義的是一種實施形式，其中對一軋機的所有驅動器均根據本發(fā)明進行設計且補償其它軋機的驅動器的無功功率。
權利要求
1.一種用于軋機機架的驅動裝置，其具有至少一個電動機和至少一個變流器，經它將該電動機和一交流電壓供電網相連接，其中該變流器調節(jié)電動機的有效功率消耗或轉速和/或轉矩，其特征在于該變流器被設計成可將一可調無功功率饋入交流電壓供電網。
2.如權利要求1所述的驅動裝置，其特征在于所述驅動裝置被設計成用于補償至少一個產生無功功率的裝置(8)的無功功率，該裝置(8)與交流電壓供電網相連接。
3.如權利要求2所述的驅動裝置，其特征在于所述驅動裝置被設計成根據交流電壓供電網交流電壓的基波來補償無功功率。
4.如權利要求2或3所述的驅動裝置，其特征在于所述驅動裝置被設計成根據交流電壓供電網交流電壓的一個或多個諧波成分來補償無功功率。
5.如上述任一項權利要求所述的驅動裝置，其特征在于所述變流器具有功率半導體器件，它們借助一調節(jié)裝置(7)被調節(jié)或控制。
6.如上述任一項權利要求所述的驅動裝置，其特征在于所述驅動裝置具有一根據所需的饋入交流電壓供電網的無功功率來預先規(guī)定一無功功率額定值的裝置(9)。
7.如上述任一項權利要求所述的驅動裝置，其特征在于所述變流器被設計成具有采取三點聯接的直流電壓中間電路的變流器。
8.如權利要求1至6中任一項所述的驅動裝置，其特征在于所述變流器被設計成具有采取n點連接的直流電壓中間電路的變流器，其中n大于等于2。
9.如上述任一項權利要求所述的驅動裝置，其特征在于所述可切斷的功率半導體器件被設計成GTO器件，亦即被形成為閘門電路斷開晶閘管。
10.如上述任一項權利要求所述的驅動裝置，其特征在于所述變流器具有可切斷功率半導體器件，它們被設計成MCT器件，亦即MOS控制的晶閘管。
11.如權利要求1至8中任一項所述的驅動裝置，其特征在于所述變流器具有可切斷的功率半導體器件，它們被設計成功率晶體管，尤其是IGBT器件，亦即絕緣柵雙極晶體管。
12.如上述任一項權利要求所述的驅動裝置，其特征在于所述可切斷的功率半導體器件被設計成反向導通。
13.一種具有一個或多個用于軋制軋件(103)、尤其是一個軋帶的軋機機架(104，105，106，107)的軋機，其特征在于至少一個軋機機架被上述任一項權利要求所述的一驅動裝置驅動。
14.如權利要求13所述的軋機，其特征在于多個軋機架、尤其是所有的軋機機架(104，105，106，107)被權利要求1至12中任一項所述的一驅動裝置所驅動。
15.一種借助權利要求13或14所述的一軋機軋制鋼材的方法，其特征在于，所述變流器被設計成將一可調無功功率饋入交流電壓供電網。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于工業(yè)設備、尤其是用于原材料工業(yè)設備的驅動裝置，它具有至少一個電動機和至少一個變流器，經它將電動機和一交流電壓供電網相連接，其中該變流器調節(jié)電動機的有效功率消耗以及轉速和轉矩，其中該變流器被設計成將一可調無功功率饋入交流電壓供電網。
文檔編號H02J3/18GK1239909SQ97180408
公開日1999年12月29日 申請日期1997年12月9日 優(yōu)先權日1996年12月20日
發(fā)明者羅爾夫－迪特爾·克盧格 申請人:西門子公司