索海英

摘要：本文通過變頻調(diào)速在包鋼薄板廠二煉鋼倒罐脫硫技術(shù)改造中魚雷罐車電機(jī)電氣控制上的應(yīng)用，闡述了變頻調(diào)速的基本理論及變頻器的容量和控制方式的選擇的設(shè)計(jì)過程。

關(guān)鍵詞：魚雷罐車電機(jī);變頻器調(diào)速原理;設(shè)計(jì)過程

2012年，包鋼薄板廠二煉鋼倒罐脫硫進(jìn)行了技術(shù)改造由混鐵爐供應(yīng)鐵水改為由魚雷罐車供應(yīng)鐵水。原有的以混鐵爐為主的鐵水供應(yīng)方式存在環(huán)境除塵效果差、能耗高、作業(yè)效率低、生產(chǎn)組織復(fù)雜等諸多缺點(diǎn)，已逐漸被各大鋼鐵企業(yè)所淘汰?，F(xiàn)階段國家對節(jié)能減排及環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，如何降低企業(yè)生產(chǎn)能耗、減少環(huán)境污染成為企業(yè)面臨的巨大難題。必須通過技術(shù)改造來不斷的降低其生產(chǎn)能耗并減少環(huán)境污染。經(jīng)過幾年來運(yùn)行，改造后魚雷罐車供應(yīng)鐵水變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)正常，保證薄板廠二煉鋼的正常生產(chǎn)。

1.變頻基本理論：

1.1變頻調(diào)速基本原理：[1]

變頻調(diào)速是以變頻器向交流電動機(jī)供電，并構(gòu)成開環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)。變頻器是把固定電壓、固定頻率的交流電變換為可調(diào)電壓、可調(diào)頻率的交流電的變換器，變頻調(diào)速是一種高效率、高性能的調(diào)速方式，采用異步電動機(jī)（或同步電動機(jī)），使其在整個工作范圍內(nèi)保持在正常的小轉(zhuǎn)差率下運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)無級平滑調(diào)速。

電機(jī)進(jìn)行調(diào)速時，為保持電動機(jī)的磁通恒定，需要對電機(jī)的電壓與頻率進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。對此，需要考慮基頻以下和基頻以上兩種情況?；l是變頻器對電動機(jī)進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩控制和恒功率控制的分界線。異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速時，通常在基頻以下采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，基頻以上采用恒功率調(diào)速。

1.基頻以下調(diào)速

在一定調(diào)速范圍內(nèi)維持磁通恒定，在相同的轉(zhuǎn)矩相位角的條件下，如果能夠控制電機(jī)的電流為恒定，即可控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩為恒定，稱為恒轉(zhuǎn)矩控制，即電機(jī)在速度變化的動態(tài)過程中，具有輸出恒定轉(zhuǎn)矩的能力。由于恒定U1/f1控制能在一定調(diào)速范圍內(nèi)近似維持磁通恒定，因此恒定U1/f1控制屬于恒轉(zhuǎn)矩控制。嚴(yán)格地說，只有控制E1/ f1恒定才能控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩為恒定。

2.基頻以上調(diào)速

當(dāng)電機(jī)的電壓隨著頻率的增加而升高時，若電機(jī)的電壓已達(dá)到電機(jī)的額定電壓，繼續(xù)增加電壓有可能破壞電機(jī)的絕緣。為此，在電機(jī)達(dá)到額定電壓后，即使頻率增加仍維持電機(jī)電壓不變。這樣，電機(jī)所能輸出的功率由電機(jī)的額定電壓和額定電流的乘積所決定，不隨頻率的變化而變化，具有恒功率特性。

在基頻以上調(diào)速時，頻率可以從基頻往上增加，但電壓卻不能超過額定電壓，此時，電機(jī)調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。電機(jī)在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，磁通與頻率成反比地降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況。

1.2變頻調(diào)速分類：

變頻調(diào)速分為旋轉(zhuǎn)機(jī)組變頻和靜止變頻裝置變頻。由于旋轉(zhuǎn)變頻機(jī)組變頻設(shè)備龐大，效率較低，性能較差，現(xiàn)已被靜止變頻裝置取代。靜止變頻可分為交-交變頻和交-直-交變頻兩大類。

1.2.1交-交變頻器

該變頻器又稱直接式變頻器或周波變頻器，它直接將電網(wǎng)的交流電變成電壓和頻率都可調(diào)的（簡稱VVVF）交流電輸出。是采用晶閘管作為開關(guān)元件，借助電源電壓進(jìn)行，因此通常其輸出頻率只能在電源頻率的1/3～1/2及以下。這種系統(tǒng)比較適合于大容量的低速傳動裝置，例如軋鋼機(jī)主傳動。不適合小容量的電機(jī)的變頻調(diào)速。

1.2.2交-直-交變頻器

是先將電網(wǎng)的交流電壓通過整流器變換成直流電壓，再有逆變器將直流電壓變換為頻率可調(diào)的交流電壓，供給交流電動機(jī)進(jìn)行變壓及變頻調(diào)速。由于具有將交流整為直流的中間環(huán)節(jié)，輸出頻率不受電網(wǎng)頻率的限制。根據(jù)直流的中間環(huán)節(jié)濾波方法的不同，可分為電流型和電壓型。

1.2.2.1電流型交-直-交變頻器

在直流回路中串以大電感以吸收無功功率，直流電源阻抗較大呈恒流源特性。該變頻器輸出電流接近矩形波，輸出電壓波形由電動機(jī)的感應(yīng)電勢決定，因其脈動分量由大電感所吸收，故波形接近正弦波。由于直流中間回路電流的方向是不變的，所以不需要設(shè)置反饋二極管。該變頻器被廣泛用于動態(tài)要求高單機(jī)傳動，如軋鋼機(jī)等高性能的拖動系統(tǒng)中，不太適合輥道電機(jī)多臺電機(jī)同時拖動。

1.2.2.2電壓型交-直-交變頻器

在直流回路并聯(lián)較大的濾波電容以緩沖無功功率，直流電源阻抗很小，呈恒壓源特性。該變頻器輸出電壓接近矩形波，由于負(fù)載回路阻抗較大，電流波形接近正弦波。

2.設(shè)計(jì)過程

2.1魚雷罐車傾翻電機(jī)運(yùn)行特性

魚雷罐車傾翻采用變頻調(diào)速控制方式。魚雷罐車電機(jī)低速運(yùn)行，有較硬的機(jī)械特性。根據(jù)工藝要求可以設(shè)定不同的速度，能夠頻繁正反轉(zhuǎn)，有較高的過載倍數(shù)。魚雷罐車變頻器上電前必須要求緊急停止按鈕處于釋放狀態(tài)，室內(nèi)，室外主令控制器在零位狀態(tài)，在室內(nèi)操作臺上設(shè)置室內(nèi)與室外操作切換旋轉(zhuǎn)開關(guān)，主令控制器必須在零位才允許切換，在室內(nèi)操作臺上設(shè)置變頻與直接控制選擇開關(guān)，電機(jī)只是在停止?fàn)顟B(tài)及主令控制器必須在零位才允許切換。緊急停止按鈕按下時，切斷傾翻動力輸出。為防止魚雷罐的誤操作方向旋轉(zhuǎn)將鐵水倒向反方向，在魚雷罐車上安裝2個檢測開關(guān)，一旦誤操作，魚雷罐反轉(zhuǎn)一個很小角度（5度），碰到反向的檢測開關(guān)時，一切運(yùn)行將停止，同時發(fā)出報(bào)警提示。此時只能使用一個專用按鈕與主令控制器配合才能將魚雷罐返回到正確位置，離開檢測開關(guān)后才能向正確方向運(yùn)行。主令控制器包括0～10VDC輸出的線性電位器，用于變頻器對電機(jī)的速度調(diào)節(jié)。它帶有3個開關(guān)零位，正向，反向，接入PLC中發(fā)出運(yùn)行指令。當(dāng)發(fā)出正向傾翻命令前，除塵排煙閥門必須先打開，變頻電機(jī)散熱風(fēng)機(jī)，電機(jī)抱閘必須打開。當(dāng)傾翻結(jié)束后，相應(yīng)除塵排煙閥關(guān)閥，電機(jī)散熱風(fēng)機(jī)停機(jī)，電機(jī)抱閘。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障或在直接運(yùn)行中熱繼電器動作時，運(yùn)行停止，并有報(bào)警指示燈顯示，當(dāng)控制電源故障或有自動開關(guān)跳閘時，在工作站上應(yīng)有報(bào)警顯示。

2.2 6SE70型變頻器根據(jù)魚雷罐車電機(jī)的運(yùn)行特性，又結(jié)合變頻調(diào)速基本理論我們選擇性價比較高的SIEMENS公司的6SE70裝機(jī)裝柜型變頻器。該變頻器屬于上文所述的電壓型交-直-交變頻器的一種。

該變頻器有較高電流過載倍數(shù)，最大過載電流在300s周期內(nèi)允許達(dá)到額定電流的1.36倍，可持續(xù)60s。1.6過載可持續(xù)30s。根據(jù)負(fù)載情況需要過載時，必須使其基本負(fù)載電流僅為額定電流的91%。

2.3系統(tǒng)部分

薄板廠二煉鋼魚雷罐車電機(jī)變頻器供電方式由一段母線帶多個變頻器，1臺變頻器帶1臺魚雷罐車2臺電機(jī)。

3.結(jié)束語

交流調(diào)速應(yīng)用了變頻器在魚雷罐車電機(jī)的控制，雖然投資較大，但它為薄板廠二煉鋼的可靠生產(chǎn)的確帶來了保障，為以后的維護(hù)檢修帶來了極大的方便。全數(shù)字交流變頻器有良好的計(jì)算機(jī)通訊功能，也為以后魚雷罐車電機(jī)適用更新的工藝要求打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 胡幸鳴.電機(jī)及電力拖動.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.6

[2] 陳延鏢.鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊.北京：冶金工業(yè)出版社，1996.1

（作者單位：包鋼西創(chuàng)設(shè)計(jì)研究院）