ACS880系列變頻器在330/80 t鑄造起重機(jī)上的應(yīng)用

李理，王賡，董園

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山114021）

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠三分廠煉鋼5#生產(chǎn)線連鑄區(qū)域原有兩臺300/75 t冶金鑄造起重機(jī)，是與該生產(chǎn)線連鑄系統(tǒng)1#、2#連鑄機(jī)配套使用的起重設(shè)備，主要負(fù)責(zé)吊運(yùn)精煉后的重鋼水罐到連鑄機(jī)旋轉(zhuǎn)臺進(jìn)行連鑄澆鑄，以及吊運(yùn)澆鑄后的空鋼水罐到整備作業(yè)區(qū)整備鋼水罐的作業(yè)，是實(shí)現(xiàn)連鑄高拉速及連澆的關(guān)鍵設(shè)備。2015年2#連鑄機(jī)改造，由于鋼鐵產(chǎn)能不斷提升，這2臺起重機(jī)的工作效率已無法滿足生產(chǎn)需要。2016年，對這2臺連鑄起重機(jī)增容改造為330/80 t，各機(jī)構(gòu)調(diào)速方式由定子調(diào)壓調(diào)速升級為全變頻調(diào)速方式，電控系統(tǒng)采用ACS880系列變頻器多傳系統(tǒng)，是目前ABB公司ACS880系列變頻器首次應(yīng)用于鑄造起重機(jī)。

1 ACS880系列變頻器傳動方案

ACS880多傳系統(tǒng)由主起升、副起升、大車走行、主小車走行、副小車走行5個運(yùn)行機(jī)構(gòu)組成，330/80 t鑄造起重機(jī)各機(jī)構(gòu)電氣傳動圖見圖1。

2 ACS880多傳系統(tǒng)工作原理

ACS880系列變頻器多傳系統(tǒng)是通過連接至交流供電網(wǎng)絡(luò)上（500 V）的供電單元，將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓［1］，直流電壓通過直流母線分配至由一個或多個ACS880-104逆變器模塊組成的逆變器，逆變器的數(shù)量及功率由所在運(yùn)行機(jī)構(gòu)的負(fù)載決定。這些逆變器將直流電壓轉(zhuǎn)換回頻率可調(diào)的交流電壓（500 V），以拖動相對應(yīng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)旋轉(zhuǎn)。ACS880多傳動系統(tǒng)電路圖見圖2。

3 ACS880多傳系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

ACS880系列變頻器在提高設(shè)備穩(wěn)定性、簡化設(shè)備操作性、延長設(shè)備使用壽命、快速排查設(shè)備故障、節(jié)能降耗環(huán)保等方面，都使設(shè)備運(yùn)行的各項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)得到了大幅的提升［2］。

圖1 330/80 t鑄造起重機(jī)各機(jī)構(gòu)電氣傳動圖

圖2 ACS880多傳動系統(tǒng)電路圖

3.1 設(shè)備穩(wěn)定性

變頻器控制的啟動、制動電流及時間可以按工作要求設(shè)置，因而大大降低了電動機(jī)啟、制動時產(chǎn)生的大電流對電網(wǎng)和設(shè)備的沖擊［3］。

ACS880系列變頻器的主/從控制功能可以在多臺電動機(jī)驅(qū)動同一設(shè)備時，提高電動機(jī)的同步性，減少電動機(jī)對機(jī)械系統(tǒng)的沖擊。當(dāng)電機(jī)軸彼此耦合以運(yùn)行公共負(fù)載時，主變頻器速度受控，并將轉(zhuǎn)矩給定值傳遞到從變頻器。這樣，從變頻器作為轉(zhuǎn)矩控制，就可以平均分擔(dān)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，從而達(dá)到在公共負(fù)載下多電機(jī)工作的同步性要求。

ACS880+N5050的主/從控制連接使用D2D端口，其連接簡圖見圖3。

圖3 ACS880+N5050的主/從控制連接簡圖

連接變頻器之間的通訊線路可以使用Profibus-DP的通訊線，D2D首末變頻器終端電阻打開。D2D主/從鏈路變頻器總數(shù)最多11臺。其中，提升變頻器最多5臺，1主4從，占據(jù)節(jié)點(diǎn)號1、4、5、6、7；小車變頻器最多 3 臺，1 主 2 從，占據(jù)節(jié)點(diǎn)號2、8、9；大車變頻器最多3臺，1主2從，占據(jù)節(jié)點(diǎn)號 3、10、11。

3.2 設(shè)備維護(hù)

ACS880系列變頻器本身自帶欠壓保護(hù)、過載和短路保護(hù)、緊急斷電保護(hù)、超載保護(hù)、失速保護(hù)等功能，使電氣元件大幅減少。其故障診斷系統(tǒng)不僅可以最大限度的保護(hù)電機(jī)，而且可以通過故障代碼查找故障原因，實(shí)現(xiàn)快速排查及處理故障，減少設(shè)備故障率，縮短了設(shè)備故障的處理時間。另外，ABB公司的ACS880變頻器內(nèi)置參數(shù)集功能，可以最多使用4組參數(shù)集。通過操作面板、I/O或者總線可以在不同時刻調(diào)用不同的參數(shù)集。每1個參數(shù)集可以存儲1套參數(shù)，用于控制不同功能的電機(jī)。通過參數(shù)96.12和參數(shù)96.13的設(shè)置可以任意切換4組參數(shù)集，在某一主要機(jī)構(gòu)逆變器發(fā)生故障需要更換時，暫時由使用率不高的逆變器代替。在設(shè)備運(yùn)行的同時，在線更換損壞的逆變器，提高了設(shè)備的工作效率，為應(yīng)急控制和維修管理提供準(zhǔn)確、可靠的依據(jù)，避免生產(chǎn)系統(tǒng)的臨時性非計劃停機(jī)、停產(chǎn)，從而保證生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行。

3.3 節(jié)能降耗環(huán)保

起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)在下放重物時處于發(fā)電狀態(tài)，大、小車在減速狀態(tài)、大慣性的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在制動時均處于發(fā)電狀態(tài)［4］。ACS880系列變頻器采用四象限控制，可以把起重機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時產(chǎn)生的電能回送電網(wǎng)，不但達(dá)到節(jié)能的目的，還可以減少能耗制動的設(shè)備數(shù)量和空間［5］。

統(tǒng)計330/80 t起重機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中的耗能發(fā)現(xiàn)，ACS880變頻器有較好的節(jié)能效果，改造前、后2臺鑄造起重機(jī)的耗電量對比見表1。

表1 改造前、后2臺鑄造起重機(jī)的耗電量對比

改造前，2臺300/75 t起重機(jī)日均耗電量兩次統(tǒng)計的平均值為 （6 024+5 736）÷2=5 880 kW·h；改造后，2臺330/80 t起重機(jī)日均耗電量兩次統(tǒng)計的平均值為（4 176+3 912）÷2=4 044 kW·h,日平均節(jié)約電量為5 880-4 044=1 836 kW·h。工業(yè)用電為0.7元/kW·h,計算得出日節(jié)電1 285.2元。

4 ACS880變頻器的應(yīng)用及故障處理

4.1 ACS880變頻器的實(shí)際應(yīng)用

330/80t鑄造起重機(jī)的兩臺主起升電機(jī)連接在一臺大減速器上，因此，對它們的同步性提出很高的要求，一旦同步性沒達(dá)到設(shè)計要求，就會損壞減速器。ACS880系列變頻器的主/從控制功能解決了傳動中的同步性問題。

主起升機(jī)構(gòu)設(shè)為主/從控制時，選擇主起升1#逆變器為主機(jī)，2#逆變器為從機(jī)。主機(jī)與從機(jī)通訊交互數(shù)據(jù)。330/80 t鑄造起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)是由2臺主起升電機(jī)拖動1臺減速器工作，通過齒輪、鏈條、卷筒等鋼性裝置耦合在一起實(shí)現(xiàn)主/從通訊。此時主機(jī)為速度控制，從機(jī)為力矩控制，主/從控制下2臺主起升電機(jī)之間鋼性連接時的結(jié)構(gòu)簡圖見圖4。

圖4 主/從控制下兩臺主起升電機(jī)之間鋼性連接時的結(jié)構(gòu)簡圖

4.2 故障的應(yīng)急處理

電氣傳動機(jī)構(gòu)采用了“冗余設(shè)計”方式，“冗余設(shè)計”傳動框圖見圖5。

這種控制方式使起重機(jī)在某一機(jī)構(gòu)變頻器損壞時，能夠用其它機(jī)構(gòu)的變頻器替換，并且可以在不影響起重機(jī)正常工作的情況下在線更換損壞的變頻器，大大縮短了故障的處理時間，保證了生產(chǎn)的順利運(yùn)行。

圖5 電氣傳動機(jī)構(gòu)"冗余設(shè)計"傳動框圖

4.2.1 ISU故障

當(dāng)ISU發(fā)生故障時，對1#、2#ISU整流模塊進(jìn)行切換。正常情況下，2臺ISU同時運(yùn)行，各帶一半負(fù)載，ISU整流柜直流母聯(lián)開關(guān)K12和K13合上，K1斷開。事故情況下，1臺ISU帶所有負(fù)載，主起升半速運(yùn)行。當(dāng)1號ISU故障時，2號ISU單獨(dú)運(yùn)行，此時直流母聯(lián)開關(guān)K13和K1合上，K12斷開；當(dāng)2號ISU故障時，1號ISU單獨(dú)運(yùn)行，此時直流母聯(lián)開關(guān)K12和K1合上，K13斷開。

4.2.2 副起升逆變器故障

選用主起升其中一臺逆變器切換到副起升機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動副起升電動機(jī)工作。正常情況下，副起升逆變器工作驅(qū)動副起升電動機(jī)，隔離開關(guān)K4閉合，K15斷開。司機(jī)室聯(lián)動臺上主副起裝置切換開關(guān)打到“使用副起升逆變器”一側(cè)，當(dāng)副起升變頻器故障時，需將2號主起升變頻器切至帶副起升電動機(jī)，此時將主起電機(jī)選擇開關(guān)打到“使用1#逆變器”一側(cè)，并且將主副起裝置切換開關(guān)打到“使用主起升逆變器”一側(cè)，同時斷開隔離開關(guān) K2、K4，合上隔離開關(guān) K5、K3、K15。 通過主副起裝置切換開關(guān)完成逆變器參數(shù)組切換功能。

4.2.3 主小車逆變器故障

選用大車機(jī)構(gòu)變頻器切換到主小車機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動2臺副小車電動機(jī)工作。正常情況下，主小車逆變器工作驅(qū)動2臺主小車電動機(jī)，隔離開關(guān)K9閉合，K8、K10斷開。司機(jī)室聯(lián)動臺上大車/主小車裝置切換開關(guān)至 “使用主小車逆變器”一側(cè)，當(dāng)主小車變頻器故障時，需要將大車1#變頻器切換至驅(qū)動主小車電動機(jī)，此時需要將操作臺上大車/主小車裝置切換開關(guān)選擇“使用大車逆變器”一側(cè)，同時將大車電機(jī)選擇開關(guān)打到3#、4#電機(jī)。斷開隔離開關(guān)K7、K9，合上隔離開關(guān)K8。通過大車/主小車裝置切換選擇開關(guān)完成逆變器參數(shù)組切換功能。

4.2.4 副小車逆變器故障

選用主小車機(jī)構(gòu)變頻器切換到副小車機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動2臺副小車電動機(jī)工作。正常情況下，副小車逆變器工作驅(qū)動2臺副小車電動機(jī)，隔離開關(guān)K11閉合，K8、K10斷開。司機(jī)室聯(lián)動臺上主小車/副小車裝置選擇“使用副小車逆變器”一側(cè)，當(dāng)副小車變頻器故障時，需要將主小車逆變器切換至驅(qū)動副小車電動機(jī)，此時需要將操作臺上主小車/副小車裝置切換選擇“使用主小車逆變器”一側(cè)，同時斷開隔離開關(guān)K11、K9，合上隔離開關(guān)K10。通過主小車/副小車裝置切換選擇開關(guān)完成逆變器參數(shù)組切換功能。最后重復(fù)第4.2.3條步驟，將大車1#逆變器切換至驅(qū)動主小車電動機(jī)，使主小車機(jī)構(gòu)能夠正常運(yùn)行。

5 結(jié)語

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠5#生產(chǎn)線連鑄330/80 t鑄造起重機(jī)應(yīng)用了ABB公司ACS880系列變頻器系統(tǒng)，不僅能夠快速排查、處理設(shè)備故障，為應(yīng)急控制和維修管理提供準(zhǔn)確、可靠的依據(jù)，避免生產(chǎn)系統(tǒng)的臨時性非計劃停機(jī)、停產(chǎn)，而且降低了耗電量，日平均節(jié)電量1 836 kW·h，折合人民幣1 285.2元。

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