一种热粗轧同步电机冷却系统的制作方法

本发明涉及同步电机冷却技术领域，更具体地说，涉及一种热粗轧同步电机冷却系统。

背景技术：

压延厂通常利用冷却风机和冷却循环水来对热粗轧主机同步电机进行冷却，其中，主机7000kw同步电机通常对应有6台37kw的冷却风机电动机。

目前，在对同步电机进行冷却时，冷却风机电动机均是采用接触器-继电器控制方式进行控制，冷却风机长期处于最高转速、最大风量的运行状态，不能根据同步电机绕组的温度进行调节，从而造成电能的浪费。另外，冷却风机长期在工频、全压下运行还会增加冷却风机电动机轴承的磨损，从而导致轴承的使用寿命降低，并导致维修费用增大。而同步电机冷却循环水系统通常采用手动闸阀门作为循环水水阀门，其不考虑同步电机的运行状态而通常将阀门开到最大，因此，会造成水资源的浪费。

综上所述，如何在对同步电机进行冷却时减少能源资源的浪费，并减少对风机电动机轴承的磨损，以延长轴承的使用寿命，降低维修费用，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种热粗轧同步电机冷却系统，以在对同步电机进行冷却时减少能源资源的浪费，并减少对风机电动机轴承的磨损，从而延长轴承的使用寿命，降低维修费用。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种热粗轧同步电机冷却系统，包括plc、同步电机、与所述同步电机相连的风机、与所述同步电机相连且包含有进水管道和出水管道的冷却水箱，还包括：设置在所述plc内部的调节器、与所述风机的电动机相连的变频器、与所述冷却水箱相连的电动调节阀；

设置在所述同步电机的绕组上、与所述plc相连、用于检测所述绕组的温度的第一温度传感器；

分别设置在所述进水管道上及所述出水管道上、与所述plc相连、用于采集所述进水管道处的水温的第二温度传感器，及用于采集所述出水管道处的水温的第三温度传感器；

其中，所述调节器用于根据所述绕组的温度对所述变频器进行调节，以利用所述变频器调节所述电动机的转速，并用于根据所述出水管道处的水温与所述进水管道处的水温之间的差值调节所述电动调节阀的开口度，以利用所述电动调节阀调节所述冷却水箱的出水量。

优选的，所述plc为西门子s7-400plc，所述调节器为pid调节器，还包括：通过profibus_dp现场总线与所述西门子s7-400plc相连的变频控制器、通过所述profibus_dp现场总线与所述西门子s7-400plc相连的机旁et200站，其中：

所述变频控制器用于接收所述第一温度传感器检测到的所述绕组的温度，并将所述绕组的温度发送给所述西门子s7-400plc；

所述机旁et200站用于接收所述第二温度传感器及所述第三温度传感器采集到的水温，并将所述水温发送给所述西门子s7-400plc。

优选的，所述调节器根据所述出水管道处的水温与所述进水管道处的水温之间的差值调节所述电动调节阀的开口度，以利用所述电动调节阀调节所述冷却水箱的出水量，包括：

当所述出水管道处的水温与所述进水管道处的水温之间的差值大于第一预设值时，所述pid调节器对所述电动调节阀的开口度进行调节。

优选的，所述调节器用于根据所述绕组的温度对所述变频器进行调节，以利用所述变频器调节所述电动机的转速，包括：

所述pid调节器根据所述绕组的最高温度对所述电动机的转速进行控制。

优选的，所述pid调节器根据所述绕组的最高温度调节所述电动机的转速，包括：

当所述绕组的最高温度大于第二预设值时，所述pid调节器对所述电动机的转速进行控制。

优选的，所述变频器为g120变频器。

优选的，还包括：

与所述g120变频器相连的进线断路器、与所述进线断路器及所述g120变频器相连的进线接触器、与所述g120变频器相连的出线接触器、与所述出线接触器相连的热继电保护器、与所述热继电保护器及所述进线断路器相连的旁路接触器。

优选的，还包括：

设置在所述进线接触器与所述g120变频器之间的进线电抗器、设置在所述g120变频器与所述出线接触器之间的出线电抗器。

优选的，还包括：

与所述g120变频器及所述进线电抗器相连的进线滤波器。

优选的，所述plc还用于当所述变频器出现故障时发出报警信号。

本发明提供了一种热粗轧同步电机冷却系统，包括plc、同步电机、与同步电机相连的风机、与同步电机相连且包含有进水管道和出水管道的冷却水箱，还包括：设置在plc内部的调节器、与风机的电动机相连的变频器、与冷却水箱相连的电动调节阀；设置在同步电机的绕组上、与plc相连、用于检测绕组的温度的第一温度传感器；分别设置在进水管道上及出水管道上、与plc相连、用于采集进水管道处的水温的第二温度传感器，及用于采集出水管道处的水温的第三温度传感器，其中，调节器用于根据绕组的温度对变频器进行调节，以利用变频器调节电动机的转速，并用于根据出水管道处的水温与进水管道处的水温之间的差值调节电动调节阀的开口度，以利用电动调节阀调节冷却水箱的出水量。

本申请公开的上述技术方案，在热粗轧同步电机冷却系统中设置与风机的电动机相连的变频器，并设置与冷却水箱相连的电动调节阀，利用设置在同步电机绕组上的第一温度传感器采集绕组的温度，利用设置在进水管道上的第二温度传感器采集进水管道处的水温，利用设置在出水管道上的第三温度传感器采集出水管道处的水温，并利用温度传感器将采集到的温度发送给plc，使得plc内部的调节器可以根据绕组的温度对变频器进行调节，以利用变频器对电动机的转速进行调节，实现根据绕组的温度调节电动机的转速，并使得调节器可以根据出、进水管道处的水温之差调节电动调节阀的开口度，以调节冷却水箱的出水量，从而节约电能和水资源。另外，由于电动机的转速可以根据同步电机绕组的温度进行调节，而非是长期在工频、全压下运行，因此，则可以减少电动机轴承的磨损，从而延长电动机轴承的使用寿命，并降低维修费用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种热粗轧同步电机冷却系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的对风机的电动机进行变频控制的原理图；

图3为本发明实施例提供的对冷却水箱进行控制的原理图；

图4为本发明实施例提供的同步电机冷却水控制电路图；

图5为本发明实施例提供的风机变频控制电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1至图4，其中，图1示出了本发明实施例提供的一种热粗轧同步电机冷却系统的结构示意图，图2示出了本发明实施例提供的对风机的电动机进行变频控制的原理图，图3示出了本发明实施例提供的对冷却水箱进行控制的原理图，图4示出了本发明实施例提供的同步电机冷却水控制电路图。

本发明实施例提供的一种热粗轧同步电机冷却系统，可以包括plc1、同步电机2、与同步电机2相连的风机3、与同步电机2相连且包含有进水管道和出水管道的冷却水箱4，还可以包括：设置在plc1内部的调节器110、与风机3的电动机相连的变频器5、与冷却水箱4相连的电动调节阀6；

设置在同步电机2的绕组上、与plc1相连、用于检测绕组的温度的第一温度传感器7；

分别设置在进水管道上及出水管道上、与plc1相连、用于采集进水管道处的水温的第二温度传感器8，及用于采集出水管道处的水温的第三温度传感器9；

其中，调节器110用于根据绕组的温度对变频器5进行调节，以利用变频器5调节电动机的转速，并用于根据出水管道处的水温与进水管道处的水温之间的差值调节电动调节阀6的开口度，以利用电动调节阀6调节冷却水箱4的出水量。

热粗轧同步电机冷却系统可以包括plc1(programmablelogiccontroller，可编程逻辑控制器)、设置在plc1内部的调节器110、同步电机2、与同步电机2相连的风机3、与同步电机2相连且包含有进水管道和出水管道的冷却水箱4、与风机3的电动机相连的变频器5、与冷却水箱4相连的电动调节阀6、设置在同步电机2的绕组上的第一温度传感器7、设置在进水管道上的第二温度传感器8、及设置在出水管道上的第三温度传感器9。

安装在同步电机2的绕组上的第一温度传感器7可以检测同步电机2绕组的温度(具体为同步电机2三相绕组的温度)，并将检测到的绕组的温度发送给plc1，plc1可以利用该温度作为同步电机2的温度显示，以便于可以随时查看同步电机2的运行情况。其中，同步电机2绕组的温度与同步电机2的负荷大小、环境温度等因素相关。

参见图2，利用调节器110、变频器5、第一温度传感器7等组成以温度为控制对象的闭环控制。当第一温度传感器7把检测到的温度发送给plc1时，设置在plc1内部的调节器110可以获取绕组的温度，利用绕组的温度作为温度实际反馈，根据绕组的温度对变频器5的频率进行调节，并通过变频器5频率的变化对风机3的电动机转速进行调节，以实现根据同步电机2的绕组温度调节电动机的转速，从而提高电动机转速的控制精确。

根据流动力学原理，轴功率与转速的三次方成正比，当所需风量减少、风机3转速降低时，其功率可以按转速的三次方下降，因此，对电动机转速进行精确控制可以节约大量的电能，从而可以减少电能的浪费，进而可以降低压延厂的运行成本。另外，采用变频器5对电动机转速进行控制后，风机3启动比较平稳，因此，则可以减小对电动机和风机3所造成的冲击，而且使得电动机不必长期在工频、全压下运行，从而可以延长电动机轴承的使用寿命，降低电动机轴承的维修费用。

参见图3和图4，利用调节器110、电动调节阀6、第二温度传感器8和第三温度传感器9等组成以温度为控制对象的闭环控制。其中，电动调节阀6的阀门给定、及阀门反馈信号为4-20ma的信号；同步电机冷却水控制电路内部包含断路器7qf5，以切断和接通负荷电路，并切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行。

安装在同步电机冷却循环水的进水管道上的第二温度传感器8可以采集进水管道处的水温(即进水管道处的水的温度)，安装在同步电机冷却循环水的出水管道上的第三温度传感器9可以采集出水管道处的水温，而且第二温度传感器8和第三温度传感器9可以将检测到的水温发送给plc1，利用plc1获取出水管道处的水温与进水管道处的水温之差。利用出水管道处的水温与进水管道处的水温之差作为调节器110的温度实际反馈，根据水温之差的大小调节电动调节阀6的开口度，以利用电动调节阀6调节冷却水箱4的出水量，从而节约水资源，以避免水资源的浪费，进而可以降低压延厂的运行成本。

其中，热粗轧同步电机冷却系统中所设置的电动调节阀6具体可以为hw系列电动执行器，其是一种能够提供旋转运动的驱动装置，它利用电源并在控制信号的作用下工作。hw系列电动执行器具体性能可靠、高强度耐磨、回差极小、使用方便等特点。

需要说明的是，上述所提及的第一温度传感器7、第二温度传感器8、第三温度传感器9均可以为pt100温度传感器，以提高温度信号采集的准确性。当然，也可以将其他类型的温度传感器应用在热粗轧同步电机冷却系统中，以采集对应的温度值。

另外，通过上述设备可以有效地监控同步电机2的实时运行状态，从而可以对同步电机2进行有效地保护。

本申请公开的上述技术方案，在热粗轧同步电机冷却系统中设置与风机的电动机相连的变频器，并设置与冷却水箱相连的电动调节阀，利用设置在同步电机绕组上的第一温度传感器采集绕组的温度，利用设置在进水管道上的第二温度传感器采集进水管道处的水温，利用设置在出水管道上的第三温度传感器采集出水管道处的水温，并利用温度传感器将采集到的温度发送给plc，使得plc内部的调节器可以根据绕组的温度对变频器进行调节，以利用变频器对电动机的转速进行调节，实现根据绕组的温度调节电动机的转速，并使得调节器可以根据出、进水管道处的水温之差调节电动调节阀的开口度，以调节冷却水箱的出水量，从而节约电能和水资源。另外，由于电动机的转速可以根据同步电机绕组的温度进行调节，而非是长期在工频、全压下运行，因此，则可以减少电动机轴承的磨损，从而延长电动机轴承的使用寿命，并降低维修费用。

本发明实施例提供的一种热粗轧同步电机冷却系统，plc1可以为西门子s7-400plc，调节器110可以为pid调节器，还可以包括：通过profibus_dp现场总线与西门子s7-400plc相连的变频控制器10、通过profibus_dp现场总线与西门子s7-400plc相连的机旁et200站13，其中：

变频控制器10用于接收第一温度传感器7检测到的绕组的温度，并将绕组的温度发送给西门子s7-400plc；

机旁et200站13用于接收第二温度传感器8及第三温度传感器9采集到的水温，并将水温发送给西门子s7-400plc。

热粗轧同步电机冷却系统中的plc1具体可以为西门子s7-400plc，其控制层以西门子s7-400plc为中心的profibus_dp现场总线构成，除了包含上述设备之外，还包括变频控制器10(西门子simadyn_d)、6ra70直流调速器11、et200站12、机旁et200站13。

西门子s7-400plc为主设备，有总线访问的权限，可以读取或改写从设备6ra70直流调速器11、变频控制器10(西门子simadyn_d)和et200站12远程i/o的状态，从而达到控制和监视设备运行状态的目的。profibus是一种开放式的现场总线标准。其中，dp是为自动化系统与分布式的外围设备或现场设备而设计的，传输介质采用屏蔽双绞线，系统采用总线式的拓扑结构，各设备采用总线接插件连入总线，数据传输速率为1.5mb/s。

将变频器5和机旁et200站13(采集第二温度传感器8和第三温度传感器9所检测到的水温，并采集阀门反馈等信号、输出变频/工频方式切换和阀门给定等信号)，挂接在以西门子s7-400plc为中心的profibus_dp现场总线上。

设置在西门子s7-400plc内部的调节器110具体可以为pid(p-比例、i-积分、d-微分)调节器，其可以提高精度，加快动态响应速度。其中，设置在西门子s7-400plc内部的pid调节器具体可以分为变频器调速系统的pid调节器和循环水自动控制pid调节器。

第一温度传感器7在采集到绕组的温度之后，可以把检测到的绕组的温度发送到同步电机2的变频控制器10(西门子simadyn_d)上，经profibus_dp现场总线把绕组的温度传送给西门子s7-400plc，并取绕组的温度作为变频器调速系统的pid调节器的温度实际反馈，以实现根据绕组的温度控制电动机的转速。

第二温度传感器8和第三温度传感器9在采集到水温之后，可以通过机旁et200站13把水温采样到西门子s7-400plc，并将出、进水管道处的水温之差作为循环水自动控制pid调节器的温度实际反馈，以根据水温之差的大小调节电动调节阀6的开口度。

本发明实施例提供的一种热粗轧同步电机冷却系统，调节器110根据出水管道处的水温与进水管道处的水温之间的差值调节电动调节阀6的开口度，以利用电动调节阀6调节冷却水箱4的出水量，可以包括：

当出水管道处的水温与进水管道处的水温之间的差值大于第一预设值时，pid调节器对电动调节阀6的开口度进行调节。

在利用循环水自动控制pid调节器调节电动调节阀6的开口度时，当出水管道处的水温与进水管道处的水温之间的差值大于第一预设值时，电动调节阀6的开口度可以根据循环水自动控制pid调节器的输出来进行控制，以满足同步电机2安全、稳定运行的要求。其中，第一预设值为预先根据同步电机2的运行要求进行设置的，具体可以为2.5℃。当然，该第一预设值也可以为其他值。

当出水管道处的水温与进水管道处的水温之差小于等于第一预设值时，电动调节阀6则可以以设置开口度(通常可以为3％，当然也可以根据实际需要进行调整)进行运行，以保证同步电机2在短时停机或轻载下的安全运行。

本发明实施例提供的一种热粗轧同步电机冷却系统，调节器110用于根据绕组的温度对变频器5进行调节，以利用变频器5调节电动机的转速，可以包括：

pid调节器根据绕组的最高温度对电动机的转速进行控制。

在利用变频器调速系统的pid调节器根据绕组的温度对变频器5进行调节时，pid调节器可以取绕组的最高温度作为温度实际反馈，实现根据绕组的温度来控制电动机的转速，以完成送风量的平滑调节，从而减小对电动机和风机3的冲击，以延长电动机轴承的使用寿命，降低维修费用。

本发明实施例提供的一种热粗轧同步电机冷却系统，pid调节器根据绕组的最高温度调节电动机的转速，可以包括：

当绕组的最高温度大于第二预设值时，pid调节器对电动机的转速进行控制。

在利用变频器调速系统的pid调节器根据绕组的最高温度调节电动机的转速时，当绕组的最高温度大于第二预设值时，电动机的转速可以根据pid调节器的输出来进行控制，以使风机3的电动机可以处于最佳输出功率状态。

其中，第二预设值为预先根据同步电机2的运行状态所设定的，具体可以为50℃。当然，其也可以为其他具体值。

当绕组的最高温度小于等于第二预设值时，则电动机可以以25hz频率运行，以满足同步电机2的运行需求，并对同步电机2起到保护的作用。

本发明实施例提供的一种热粗轧同步电机冷却系统，变频器5可以为g120变频器。

热粗轧同步电机冷却系统中所设置的变频器5具体可以为西门子g120变频器，即采用以g120变频器为核心的交流变速系统来控制电动机的转速。

其中，g120变频器采用模块化设计、可灵活扩展，具有出众的维护和维修友好性，而且由于集成了安全保护功能，因此，使具有安全保护的自动化和驱动系统的构建费用大大降低，也有效地保证了人机安全。

另外，g120变频器内集成有profibus和profinet这两种总线通讯，具有更多节点，多种网络拓扑，更高的性能。其中，profibus和profinet的优点不仅在于它是被众多用户广泛使用的总线，而且表现在其优化的工程和组态结构。

参见图5，其示出了本发明实施例提供的风机变频控制电路图。本发明实施例提供的一种热粗轧同步电机冷却系统，还可以包括：

与g120变频器相连的进线断路器1qf1、与进线断路器1qf1及g120变频器相连的进线接触器1km1、与g120变频器相连的出线接触器1km2、与出线接触器1km2相连的热继电保护器1fr1、与热继电保护器1fr1及进线断路器1qf1相连的旁路接触器1km3。

除了在风机变频控制电路中设置g120变频器(pm240功率单元+cu240控制单元)之外，还可以在风机变频控制电路中设置与g120变频器相连的进线断路器1qf1、与进线断路器1qf1相连且与g120变频器相连(具体与g120变频器的pm240功率单元相连)的进线接触器1km1、与g120变频器相连(具体与g120变频器的pm240功率单元相连)的出线接触器1km2、与出线接触器1km2相连的热继电保护器1fr1、及与热继电保护器1fr1及进线断路器1qf1相连的旁路接触器1km3。

其中，进线断路器1qf1用于在系统发生故障时可以切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行；进线接触器1km1及出线接触器1km2用于在g120变频器能够正常工作时，将g120变频器接入电路中，通过g120变频器实现对风机电动机转速的控制；热继电保护器1fr1和旁路接触器1km3用于在g120变频器出现故障时处于闭合状态(此时，进线接触器1km1、出线接触器1km2处于断开状态)，以使风机3可以切换到工频上，从而保证风机3的正常运行，即可以在风机变频控制电路中，配置变频/工频控制切换系统，以便于在g120变频器出现故障时，不会影响到风机3的正常运行。

本发明实施例提供的一种热粗轧同步电机冷却系统，还可以包括：

设置在进线接触器1km1与g120变频器之间的进线电抗器1l1、设置在g120变频器与出线接触器1km2之间的出线电抗器1l2。

另外，还可以在风机变频控制电路中设置与进线接触器1km1及g120变频器相连的进线电抗器1l1，并设置与g120变频器及出线接触器1km2相连的出线电抗器1l2。

进线电抗器1l1用于降低主电源谐波、浪涌、和峰值电流，提高低频传导抗干扰性，保护驱动机构的电力电子元件，提高功率因数，防止主电源的电压尖脉冲引起的跳闸。出线电抗器1l2用于有效抑制g120变频器的igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)开关时产生的瞬间高电压，减少此电压对电缆绝缘和电动机的不良影响。

本发明实施例提供的一种热粗轧同步电机冷却系统，还可以包括：

与g120变频器及进线电抗器1l1相连的进线滤波器1z1。

考虑到交流供电电源带的负载比较多(如6ra70直流调速器11、g120变频器、交/直流电机等)，由它们产生的噪声会通过线路传播到其他设备中，另外，考虑到供电线路还可能受到邻近电路或空间电磁场的影响而在导线中产生噪声电压，因此，为了减少对电子设备所造成的影响(即电磁干扰)，则可以在风机变频控制电路中设置与g120变频器相连(具体与g120变频器的pm240功率单元相连)且与进线电抗器1l1相连的进线滤波器1z1，利用进线滤波器1z1来抑制电磁干扰，从而降低对电子设备所造成的影响，并降低风机3噪声，以为生产操作人员创造良好的工作环境。

本发明实施例提供的一种热粗轧同步电机冷却系统，plc1还用于当变频器5出现故障时发出报警信号。

当变频器5出现故障时，plc1可以发出报警信号，以提醒值班人员可以及时对变频器5进行检查和维修，从而确保电动机以及同步电机2可以安全运行。

其中，报警信号具体可以为声光报警信号、语音报警信号、蜂鸣报警信号、指示灯闪烁报警信号等。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本发明实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。