變頻器在燒結系統中的應用

楊蕾

摘 要：介紹了變頻器在燒結系統中的應用，內容包括變頻器的特點、優勢，在電機控制回路中的設計，與自動化系統結合的設計等。

關鍵詞：變頻器；控制回路；自動化

1 前言

鋼鐵企業內有許多要求調速的生產機械，對電氣控制系統有一定的要求。近些年來，隨著電力電子技術、微電子技術的發展，現代控制理論，特別是矢量控制技術以及交流調速系統的數字化技術的應用，促進了交流調速系統的迅猛發展。現在交流調速在國內外已經應用得相當廣泛。

變頻調速是一種高效率、高性能的調速方式，變頻器是以微型計算機為核心的新一代控制系統和單元，變頻器具有監視、保護、診斷及自復原等多種功能，從而使一個十分復雜的自動化系統變成為一個操作維護簡單、調試方便、而運行又十分可靠的具有現實應用價值的產品。

2 變頻器在燒結系統中的重要性

現行的燒結工藝流程，一般包括：原、燃料的接受、貯存及配料，混合，點火燒結，熱礦破碎，熱礦篩分，冷卻，冷礦篩分及成品的貯存、輸出，返礦貯存、配料等環節。這些工藝環節中，需要變頻調速的有如下設備：一、布料機，國內的一些重點企業燒結廠普遍采用厚料層燒結，提高料層厚度后，要使燒結機產量不受影響，必須改善料層的透氣性，加強燒結料層的上部供熱，提高燒結礦成品率，使燒結機的產量變化不受或少受影響。通過改變布料機的運行速度，使混合料布料滿足布料均勻、有良好的透氣性等基本要求。二、燒結機，燒結混合料的垂直燒結速度與原料燒結特性及料層透氣性有關，由于每批原料礦的成分不同，燒結時間也不相同，根據不同的原料礦質量，燒結料層的厚度，改變燒結機的燒結速度，對于提高燒結礦的產量與質量，降低能耗，都具有重要意義。三、冷卻機，根據料層厚度、單位面積產量、風壓與每噸燒結礦所消耗的冷卻風量調整冷卻時間，使冷卻機排出的廢氣溫度有所提高，余熱利用價值高，燒結礦的強度相應改善。在采用變頻器控制布料機、燒結機和冷卻機后，燒結系統自動控制裝置比較完善，勞動生產率較高，使燒結廠的技術裝備更為先進、完善。印度LANCO公司的燒結工程選用的是SINAMICS G120系列變頻器，下面以此為例，簡述變頻器的電路設計。

3 變頻器在燒結系統中的設計

在變頻控制系統設計前，一定要了解工藝流程、工作環境、負載工作方式、控制方式、客戶具體要求等。燒結工程的工作環境比較差，所以柜體的防護等級選IP54。

變頻器的控制一般采用現場手動操作和PLC集中控制兩種方式，現場手動操作用于設備的調試和檢修，正常生產時，采用PLC集中控制。PLC集中控制有如下優點：1）調速準確，布料機、燒結機、冷卻機均由調速電機驅動，三者的轉速要求同步。由PLC統一給定轉速，可以避免人工給定轉速的差異，完全可以保證轉速的一致性；2）便于操作管理，利于實現燒結生產自動化；3）有利于提高作業率。

4 變頻器在電機控制回路中的設計

SINAMICS G120是一個由多種不同功能單元組成的模塊化變頻器。兩種主要的單元是控制單元和功率模塊。

功率模塊的設計也是主回路的設計，首先根據電機容量選擇功率模塊的型號，由于可能出現停機后帶負載起動的情況，所以功率模塊的額定功率一般都選擇比電機的額定容量大一個等級，并選擇幾個必要的組件：1）斷路器，用于電源回路的開閉，容量為變頻器額定電流的1.5倍左右。2）熔斷器，用于保護線路及變頻器。3）進線電抗器，只限于PM240功率模塊，當系統的故障率高時，需要加裝進線電抗器以保護變頻器不受過大的諧波電流的干擾，防止過載，將進線諧波限制在允許范圍內。

控制單元的設計大體分為四個部分：1）數字量輸入，可編程的帶隔離的數字輸入，接于控制回路中，用于變頻器的啟動、停機等功能。2）數字量輸出（也稱為繼電器輸出），可編程的帶隔離的數字量輸出，通常設故障輸出和運行輸出，分別接入控制回路及送入PLC。當設備正常運行時，運行輸出動作，并將運行信號送入中控室顯示以及與其它設備進行連鎖。當設備發生過載、欠電壓、短路、過熱等故障時，故障輸出動作，變頻器停機并送至中控室顯示故障。3）模擬量輸入，可編程的模擬量輸入，用于變頻器的調速控制，一個0-10V的模擬輸入外接電位器，用于現場對變頻器的轉速進行手動調節；一個4-20mA的模擬輸入直接接入PLC，用于中控室PLC根據生產情況對變頻器的轉速隨時進行調節。4）模擬量輸出，可編程的模擬量輸出，用于變頻器的運行轉速返回，兩個輸出均為4-20mA信號，一個模擬輸出直接接入PLC，可將變頻器的轉速值送人中控室PLC，便于操作人員通過上位機進行實時監控，一個模擬輸出外接頻率表，用于現場顯示，便于調試人員現場進行監控。

數字量的輸入信號、模擬量的輸入、輸出信號都是弱電信號，一定要采取信號隔離，否則控制系統信號混亂，造成系統不正常，設計時選用屏蔽電纜分開傳送。

此外，變頻柜應加裝照明及專用冷卻風扇。

5 結束語

變頻調速是一種最有發展前途的交流調速方式，隨著控制方式的不斷改進，由簡單的開環控制轉為各種方式的閉環控制，控制系統向集成化，全數字化發展，從而使變頻調速裝置的可靠性、經濟性以及系統的性能指標都在不斷提高。目前，變頻調速廣泛應用于鋼鐵企業，在使用變頻器調速后，燒結系統運行穩定良好，自動化系統調速準確，對節能也起到了很大的作用。

參考文獻

[1]《鋼鐵企業電力設計手冊》編委會. 鋼鐵企業電力設計手冊[M].冶金工業出版社，2008.

[2]冶金工業部長沙黑色冶金礦山設計研究院. 燒結設計手冊[M].冶金工業出版社，2008.