變頻調速在包鋼魚雷罐車電機上的應用

索海英

摘要：本文通過變頻調速在包鋼薄板廠二煉鋼倒罐脫硫技術改造中魚雷罐車電機電氣控制上的應用，闡述了變頻調速的基本理論及變頻器的容量和控制方式的選擇的設計過程。

關鍵詞：魚雷罐車電機;變頻器調速原理;設計過程

2012年，包鋼薄板廠二煉鋼倒罐脫硫進行了技術改造由混鐵爐供應鐵水改為由魚雷罐車供應鐵水。原有的以混鐵爐為主的鐵水供應方式存在環境除塵效果差、能耗高、作業效率低、生產組織復雜等諸多缺點，已逐漸被各大鋼鐵企業所淘汰。現階段國家對節能減排及環境保護的要求越來越高，如何降低企業生產能耗、減少環境污染成為企業面臨的巨大難題。必須通過技術改造來不斷的降低其生產能耗并減少環境污染。經過幾年來運行，改造后魚雷罐車供應鐵水變頻調速控制系統的運行狀態正常，保證薄板廠二煉鋼的正常生產。

1.變頻基本理論：

1.1變頻調速基本原理：[1]

變頻調速是以變頻器向交流電動機供電，并構成開環或閉環系統。變頻器是把固定電壓、固定頻率的交流電變換為可調電壓、可調頻率的交流電的變換器，變頻調速是一種高效率、高性能的調速方式，采用異步電動機（或同步電動機），使其在整個工作范圍內保持在正常的小轉差率下運轉，實現無級平滑調速。

電機進行調速時，為保持電動機的磁通恒定，需要對電機的電壓與頻率進行協調控制。對此，需要考慮基頻以下和基頻以上兩種情況。基頻是變頻器對電動機進行恒轉矩控制和恒功率控制的分界線。異步電動機變壓變頻調速時，通常在基頻以下采用恒轉矩調速，基頻以上采用恒功率調速。

1.基頻以下調速

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

2.基頻以上調速

當電機的電壓隨著頻率的增加而升高時，若電機的電壓已達到電機的額定電壓，繼續增加電壓有可能破壞電機的絕緣。為此，在電機達到額定電壓后，即使頻率增加仍維持電機電壓不變。這樣，電機所能輸出的功率由電機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，電機調速屬于恒轉矩調速。電機在恒轉矩調速時，磁通與頻率成反比地降低，相當于直流電機弱磁升速的情況。

1.2變頻調速分類：

變頻調速分為旋轉機組變頻和靜止變頻裝置變頻。由于旋轉變頻機組變頻設備龐大，效率較低，性能較差，現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，它直接將電網的交流電變成電壓和頻率都可調的（簡稱VVVF）交流電輸出。是采用晶閘管作為開關元件，借助電源電壓進行，因此通常其輸出頻率只能在電源頻率的1/3～1/2及以下。這種系統比較適合于大容量的低速傳動裝置，例如軋鋼機主傳動。不適合小容量的電機的變頻調速。

1.2.2交-直-交變頻器

是先將電網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的交流電壓，供給交流電動機進行變壓及變頻調速。由于具有將交流整為直流的中間環節，輸出頻率不受電網頻率的限制。根據直流的中間環節濾波方法的不同，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的感應電勢決定，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，所以不需要設置反饋二極管。該變頻器被廣泛用于動態要求高單機傳動，如軋鋼機等高性能的拖動系統中，不太適合輥道電機多臺電機同時拖動。

1.2.2.2電壓型交-直-交變頻器

在直流回路并聯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，由于負載回路阻抗較大，電流波形接近正弦波。

2.設計過程

2.1魚雷罐車傾翻電機運行特性

魚雷罐車傾翻采用變頻調速控制方式。魚雷罐車電機低速運行，有較硬的機械特性。根據工藝要求可以設定不同的速度，能夠頻繁正反轉，有較高的過載倍數。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，室內，室外主令控制器在零位狀態，在室內操作臺上設置室內與室外操作切換旋轉開關，主令控制器必須在零位才允許切換，在室內操作臺上設置變頻與直接控制選擇開關，電機只是在停止狀態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將鐵水倒向反方向，在魚雷罐車上安裝2個檢測開關，一旦誤操作，魚雷罐反轉一個很小角度（5度），碰到反向的檢測開關時，一切運行將停止，同時發出報警提示。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，離開檢測開關后才能向正確方向運行。主令控制器包括0～10VDC輸出的線性電位器，用于變頻器對電機的速度調節。它帶有3個開關零位，正向，反向，接入PLC中發出運行指令。當發出正向傾翻命令前，除塵排煙閥門必須先打開，變頻電機散熱風機，電機抱閘必須打開。當傾翻結束后，相應除塵排煙閥關閥，電機散熱風機停機，電機抱閘。當變頻器出現故障或在直接運行中熱繼電器動作時，運行停止，并有報警指示燈顯示，當控制電源故障或有自動開關跳閘時，在工作站上應有報警顯示。

2.2 6SE70型變頻器根據魚雷罐車電機的運行特性，又結合變頻調速基本理論我們選擇性價比較高的SIEMENS公司的6SE70裝機裝柜型變頻器。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，最大過載電流在300s周期內允許達到額定電流的1.36倍，可持續60s。1.6過載可持續30s。根據負載情況需要過載時，必須使其基本負載電流僅為額定電流的91%。

2.3系統部分

薄板廠二煉鋼魚雷罐車電機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。

3.結束語

交流調速應用了變頻器在魚雷罐車電機的控制，雖然投資較大，但它為薄板廠二煉鋼的可靠生產的確帶來了保障，為以后的維護檢修帶來了極大的方便。全數字交流變頻器有良好的計算機通訊功能，也為以后魚雷罐車電機適用更新的工藝要求打下扎實的基礎。

參考文獻：

[1] 胡幸鳴.電機及電力拖動.北京：機械工業出版社，2002.6

[2] 陳延鏢.鋼鐵企業電力設計手冊.北京：冶金工業出版社，1996.1

（作者單位：包鋼西創設計研究院）