SIEMENS 6RA70整流器在球磨同步电机励磁系统改造中的应用

球磨机是选矿生产工艺中的重要设备，矿石经矿仓送入球磨机内，钢球在低速旋转的球磨机圆筒内滚动，对矿石进行破碎和研磨，磨好的矿粉则进入下一道筛分工序。球磨机能否正常运行，直接影响到整个选矿生产工艺下游生产线的工作及产量。

鉴于控制要求及负荷较大的特点，球磨机采用了同步电机进行拖动。同步电机具有转速恒定、不受负载影响的特性，广泛用于大功率恒速机械的拖动。

1 原球磨同步电机励磁系统的缺点

某选矿厂原球磨同步电动机励磁装置采用的是老式三相全控整流桥模拟控制电路励磁柜。虽然目前能基本满足生产的自动化控制需求，但仍存在以下问题：

(1)所有的同步电机励磁柜与PLC没有任何连接，在具体操作时，需等到下游工艺的控制系统启动之后，才手动启动该励磁柜进行同步电机的励磁启动，停机也是采用手动的方式。虽然球磨同步电机不能频繁启动和停车，但由于没有实现与上下游工艺的前后联锁控制，这也就带来了系统控制的安全隐患。

(2)励磁柜是单机操作，没有连接到PLC系统，这样不便于采集励磁柜的各种电气数据，更不便于将励磁系统接入整个自动化网络以实现集中监控，也不利于选矿厂整个自动化系统未来的网络化发展。

(3)老的励磁系统中，很多模拟原件已被生产厂家淘汰或停产，备品备件很难找到，因此在系统维护方面存在许多弊端。

2 同步电动机励磁系统改造基本方案

随着现代工业电气设备不断向数字化方向发展，近年来PLC和数字化交、直流传动系统已经越来越广泛地应用到了各个工业控制领域，其控制精度和所具有的功能完全能够满足现代工控的要求。数字控制系统通过PC机进行系统的调试和监控，具有良好的人机对话功能，同时也便于系统的运行维护及工作效率的提高。通过学习和考察，制订了基本的改造控制方案：采用西门子公司的直流传动装置6RA70实现球磨同步电机的直流励磁给定。

改造后新的励磁系统应该具有以下控制要求和优点：

(1)能够实现电机启动过程中，转子滑差自动检测，实现自动投励。

(2)能够有较强的负载能力，即要求励磁系统容量足够大，特别是在承受冲击负荷时电机应不失步。

(3)动态响应好，励磁电流能够及时跟随负载变化。

(4)要具有阻容灭磁、零励磁保护等功能。

(5)要有完善的电机和励磁驱动器保护功能。

3 同步电机励磁系统改造后的结构原理

选矿厂新的球磨同步电机励磁系统改造的结构原理图如图1所示，该励磁系统主要由西门子S7-300PLC控制西门子6RA70整流器组成。

球磨同步电机的直流励磁给定采用全数字直流调速装置——西门子6RA70整流器的电枢输出端来实现。6RA70整流器通过其中央控制器控制功率整流单元，根据电流电压数字变换器采集反馈信号实现恒电压输出(不需要调速)。6RA70整流器作为同步电机的直流励磁电源，它的自动投入是通过“滑差检测环节”检测同步电机转子滑差的变化，并将检测信号反馈至S7-300PLC，最后通过PLC发出命令控制6RA70来实现的。

4 6RA70整流器选型、安装、调试

4.1选型

根据大球磨同步电机额定励磁电压/电流(122V/270A)的具体参数要求，以及小球磨同步电机额定励磁电压/电流(79.4V/182A)的具体参数要求，查阅《SIMOREG DC Master6RA70 系列全数字直流调速装置 6kW~1900kW使用说明书》，进行选型。

4.2励磁柜的安装

由于本励磁系统的主要控制器是6RA70整流器，因此在设计励磁柜时，其安装布局基本参照《6RA70系列全数字直流调速装置使用说明书》中关于柜体设计的要求，如图2所示。电枢回路供电电源为400V，通过主开关、快熔(或用断路器)、进线滤波器、接触器、电抗器接入6RA70的电枢输入端1U1、1V1、1W1，经整流功率单元变为电压、电流可调的直流电压源，最后由1C1、1D1输出至同步电机的励磁绕组。

由于不使用6RA70的励磁输入/输出端，因此没有接线，并通过设置参数P082=0屏蔽6RA70的励磁输出，以防止触电事故或干扰。

6RA70内部电子板的供电电源为230V，并通过进线滤波器接入对应的端子(见图2)。

4.3 6RA70参数的调试

对6RA70参数的设置主要包括4个步骤：工厂复位、快速参数化、特殊功能设置、DP通信参数设置(在这里不做具体描述)。

参数的设置需根据同步电机励磁绕组的额定值及具体的控制要求来进行，如电机的正负转矩限幅，正负电流限幅，以及对6RA70励磁输出端的屏蔽等。由于要求6RA70输出为电压恒定的直流信号，不存在调速的要求，故其余参数均保持工厂的缺省值。

5 结语

通过本次改造，同步电机的控制效果及节能效果得到了很大改善，实现了同步电机异步启动转子滑差的自动检测、6RA70的自动投励、准确的阻容灭磁、投励失败保护、零励磁保护、失步保护等功能。

合理设置球磨同步电动机的励磁电压和励磁电流，可提高对电网的无功补偿作用，对降低电动机无功消耗、改善电网用电特性有很大帮助，同时极大程度地降低了人工成本。

参 考 文 献

[1]崔坚.西门子工业网络通信指南(上)[M].北京：机械工业出版社，2005

[2]程宪平.机电传动与控制(第2版)[M].武汉：华中科技大学出版社，2003

[3] 杜治潮.同步电动机励磁装置应用技术[M].南京：东南大学出版社，2001