變頻器在高爐主卷揚上的應用

摘 要：文章主要介紹了變頻調速的特點，以及變頻調速技術在現代高爐生產中料車主卷揚上的實際應用進行闡述，并對該系統的原理和組成及傳動控制部分、系統保護、變頻器參數設定進行討論。

關鍵詞：變頻器；高爐主卷揚；控制系統

1 變頻調速的特點

由式可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在0～50Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節范圍非常寬。變頻調速就是通過改變電動機電源電壓和頻率來實現速度調節的。變頻器是一種將電壓、頻率固定的交流電變成電壓、頻率可調的交流電的電氣設備，它的工作原理是把電源（380V、50Hz）通過整流器變成平滑直流，然后利用半導體器件組成的三相逆變器，將直流電變成可變電壓和可變頻率的交流電，即AC-DC-AC（交-直-交）變頻方式，由于采用微處理器編程的正弦脈寬調制（SPWM）方法，使輸出波形近似正弦波，用于驅動異步電機，實現電機的無級調速。因此變頻器是一種理想的高效率、高性能的調速手段。它具有以下特點：①變頻器的頻率可連續調節，分段預置，調速范圍比較廣可以實現電機無級調速。②具有恒轉矩輸出和大啟動轉矩系統，帶負載能力強，實現了電機的軟啟動。③電流沖擊小，加、減速過程平滑，大大減輕了機械沖擊的強度。

卷揚上料系統的主要過程是：各種原料經過槽下料后放入中間料斗，料車到料坑后，中間料斗把料放入料車，中間料斗閘門關到位并且爐頂準備好后，料車啟動，經過加速-勻速（高速）-減速1-減速2-停車，到達爐頂。料車運行速度如圖1所示。

西門子6SE70矢量控制型變頻器的通過兩個數字量輸入點可以確定變頻器需要變換的頻率。設定變頻器的參數就可以輸出系統想要的頻率。這樣料車就可以按照預定的速度在軌道上運動。

2 系統組成

2.1 機械部分組成

上料系統由一臺卷揚機拖動兩臺料車，料車位于軌道斜面上，工作過程中，當裝滿爐料的料車上升時，空料車下行，空車重量相當于一個平衡錘，平衡了重料車的自重。兩料車交替上料，即其中一臺料車載料上行，另一臺為空車下行，整個運行過程中電機始終處于負載狀態。

2.2 電氣部分組成

高爐主卷揚是高爐生產的核心設備，考慮到卷揚運行的安全性和可靠性，故選用具有恒轉矩控制功能型的西門子6SE70系列矢量控制型變頻器。變頻器容量根據電動機功率（160KW）及卷揚提升特性選用容量為315KW的6SE7036變頻器。供電裝置的工作方式選用一備一用方案采用雙路電源，兩套6SE7036變頻器，變頻器采用能耗制動方式完成卷揚的制動，配置了制動單元和相應的制動電阻。兩路電源和變頻器可以自動切換，如圖2所示， 1KM-4KM為變頻器的電源切換接觸器，5KM、6KM為抱閘電機和主電機冷卻風機的電源切換接觸器。當一路電源或變頻器出現失電或故障時，通過轉換開關1SA切換至另一路電源或變頻器，控制回路如圖3所示。

2.3 控制系統組成

3 系統工作原理

3.1 工作原理

料車1在料坑底部（料車2在頂部），待料裝好后，下料電動閘門閉合后，由PLC發出運行命令給變頻器，6SE70變頻器在接到開車命令后系統解封，通過6SE70系統中的抱閘控制功能，當達到設定的啟動力矩電流限幅后，即當變頻器輸出電流達到60-80%Ie時，6SE70變頻器輸出信號至PLC，PLC控制抱閘延時打開，實現料車的平穩啟動。當料車啟動運行后，料車開始由0Hz進行加速至50Hz。待爐頂另一料車2退出分歧軌道后，當上行料車1運行至接近爐頂時，由主令控制器發出減速1信號給PLC，由PLC控制6SE70變頻器使料車由50Hz減速至30Hz中速運行。當上行料車1進入分歧軌道前，主令控制器發出減速2的命令，使料車由30Hz減速至10Hz進行低速運行，在此過程中，PLC通過安裝在卷揚同軸位置的絕對值編碼器對料車運行速度和位置進行監控，并根據料車在此點的實際運行速度作出比較判斷，保證料車的位置和速度在設定范圍內運行。料車1運行至爐頂停車點位置時，主令控制器發出停車命令，由PLC控制6SE70變器封鎖輸出，同時控制抱閘閉合，料車l送料完畢。此時料車1的停車位置應是工藝要求的角度，即能將料車內的爐料倒凈而又不撞極限彈簧。6SE70變頻器電氣原理圖如圖5所示。

3.2 系統保護

3.2.1 系統選用兩套無機械觸點的電子主令控制器，一用一備，料車位置通過電子主令控制器傳送至PLC。并在卷揚同軸位置安裝一只掛在PROFBUS DP網上的絕對值編碼器，上位PLC讀取編碼器的實時數據，通過計算設定為極限保護點，以防止主令控制器失靈時的最后保護，防止料車“沖頂”事故的發生。

3.2.2 編碼器另一個重要功能是測定料車的實時速度，通過主令控制器的配合，完成對料車的超速保護、低速檢查，反向保護。

3.3 變頻器參數的設定

6SE70變頻器參數設置好以后，先空載在斜橋行走軌道中間段對系統的各個功能進行試車，得到功能確認后，再同樣在斜橋行走導軌中間段重載試車，最后帶負荷試車，在試車期間高速不宜設置太大，要分步按照工藝要求確定。變頻器的參數設定可以在運行中根據實際的生產工藝要求及設備狀況進行修改，以滿足生產需要。

4 結束語

略陽鋼鐵有限責任公司煉鐵分廠1號、2號高爐分別在2005年、2008年大修改造工程中對高爐主卷揚系統采用變頻調速技術。改變了過去傳統控制方式存在的故障率高、精確度差、調整費時、不適應自動化生產需要等等弊端，實現了高爐生產全過程自動控制，并通過采用先進的傳感器技術以及穩定的PLC控制系統大大提高了高爐生產最重要環節的準確性和穩定性。自系統投入運行以來，一直穩定運行，對高爐穩產、高產，降低成本，減輕工人勞動強度起著重要作用，取得了較好的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1]陳伯時，陳敏遜.交流調速系統[M].北京：機械工業出版社，2004.

[2]西門子電氣傳動有限公司《SIMOVERT MASTERDRIVES矢量控制使用大全》2005.