變頻電源的改進(jìn)設(shè)計

孫靜雅梁明磊

（1.煙臺工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 煙臺 264006；2.煙臺華新不銹鋼有限公司，山東 煙臺 264006）

一、設(shè)備介紹

我們公司生產(chǎn)不銹鋼鋼坯，鋼種300 系，規(guī)格Φ130-220 圓坯、130-200 方坯。設(shè)備構(gòu)成：60 噸電爐一座，60 噸精煉爐一座，VOD 爐一座，三機(jī)三流R9 米小鋼坯連鑄機(jī)一臺。其中，連鑄機(jī)是從臺灣購進(jìn)的二手設(shè)備，供電電源為460V60Hz，為此配套專門定購了一套10KV50Hz 變460V60Hz 的變頻電源裝置為其供電。

連鑄機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計電源為460V/60Hz 的電源，為此我們新增了一套變頻電源，由株洲交流技術(shù)國家工程研究中心有限公司設(shè)計安裝。該電源是將10kV/50Hz 電變換成為460V/60Hz 的電源變換系統(tǒng)，有一套備份冗余，總?cè)萘窟_(dá)到3200kVA。電源采用二十四脈波整流技術(shù)以及移相并聯(lián)技術(shù)，減小了電源對電網(wǎng)的諧波影響，增加了電源輸出電壓的波形品質(zhì)。變該電源控制系統(tǒng)為操作者、用電設(shè)備、電源本身提供了完善的保護(hù)和安全措施。電源對關(guān)鍵電路和主要電氣參數(shù)時刻進(jìn)行監(jiān)測，一旦出現(xiàn)故障，立即關(guān)斷電源，使用戶、用電設(shè)備、電源本身的風(fēng)險降到最低。

二、改造原因

連鑄工序是整個煉鋼工藝中極其重要的環(huán)節(jié)，一旦發(fā)生問題將導(dǎo)致全流程混亂，費(fèi)用成本大幅上升。連鑄設(shè)備澆鑄過程中不允許停電，這是連鑄設(shè)備的特性決定的，因?yàn)橥ｋ娋鸵馕吨恿Γ瑱C(jī)器就要停轉(zhuǎn)，留在結(jié)晶器內(nèi)的鋼液就會因溫度降低而凝固結(jié)殼，事故處理需耗費(fèi)3 個小時時間，連鑄再開澆需做6 小時準(zhǔn)備，之前未澆鑄的鋼水需再處理[1]。因此，安全可靠供電十分重要。變頻電源裝置由株洲變流技術(shù)國家工程研究中心有限公司設(shè)計制造，投入使用后開始頻繁出現(xiàn)故障，無法正常工作，期間由于此電源問題曾造成公司停產(chǎn)近10 天的嚴(yán)重后果。由于上述原因，連鑄電源問題必須解決。

三、技術(shù)設(shè)計改造可行性評估

對于電源問題，我們提出了兩個方案，一是請制造廠對現(xiàn)有460V60Hz 變頻裝置進(jìn)行改善，提高其可靠性，二是直接采用380V50Hz 市電供電，因第一種方案，既增加改造費(fèi)用，而改造后效果也不確定的原因，我們更偏重于第二種方案?？尚行苑治鋈缦拢?/p>

連鑄設(shè)備主要由以下幾部分構(gòu)成：1.大包回轉(zhuǎn)臺2.結(jié)晶器3.拉矯機(jī)4.火切機(jī)5、引錠桿傳送裝置6.傳輸輥道7.冷床8.液壓站9.液面自控10.電磁攪拌裝置11.電控裝置等。其中，電氣可分為兩類：控制與傳動?？刂撇糠蛛妷旱燃壈ǎ?24V、～110V、～220V、～460V；傳動部分包含交直流電機(jī)，直流電機(jī)用西門子DC MASTER 驅(qū)動，部分交流電機(jī)用西門子變頻器驅(qū)動，其他交流電機(jī)則直接由460V 電源供電。

控制部分電源頻率由60Hz 改為50Hz 可行，因這部分電源容量不大，電壓等級可采用升壓變壓器將380V 升高到460V 即可，控制系統(tǒng)電源不需再做其他改造即可使用。由DC MASTER 及變頻器驅(qū)動的直流電機(jī)及交流電機(jī)用380V 市電直接供電即可，這是因?yàn)槲鏖T子DC MASTER 及變頻器輸入電壓范圍為380V-480V。而額定電壓為460V60Hz 的交流電機(jī)改為380V50Hz 供電后，其V/F 未變，因此，勵磁符合要求，只是由于電壓降低會導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩降低[2]，轉(zhuǎn)矩降低后還能否承擔(dān)原有的負(fù)載，這需要現(xiàn)場測試再做評估確定。

理論上交流電機(jī)輸出軸功率與所加電壓成正比，降壓后的軸功率與降壓前之比為380/460=83%，通過實(shí)際測量，所有設(shè)備中最大的負(fù)載率也不超過80%，因此，從理論上說降壓后所有驅(qū)動電機(jī)輸出軸功率都可以滿足設(shè)備負(fù)荷需求。工頻控制的電機(jī)在轉(zhuǎn)速降低后一些輥道、中包升降等對生產(chǎn)的影響可以忽略不計，但液壓站，風(fēng)機(jī)等就要詳細(xì)計算流量是否滿足生產(chǎn)的要求。本次電源改造項(xiàng)目中，液壓泵站所采用的電機(jī)型號為280S，功率88KW，轉(zhuǎn)速1775rpm，電壓460V，頻率60Hz?，F(xiàn)采用380V，50Hz 供電。

由此可見，若新增輔助拉矯則最大流量為601.5L/min，比電源改造后的最大流量稍大，考慮到正常生產(chǎn)時，由于生產(chǎn)步驟的限制，各油壓缸不可能同時動作，可以滿足生產(chǎn)的需求。綜上所述，可以認(rèn)為電源改造后泵站的流量滿足設(shè)計的要求。經(jīng)過計算風(fēng)機(jī)也可以滿足要求。

四、現(xiàn)場實(shí)施與結(jié)果分析

按照以上分析，一是在控制系統(tǒng)增設(shè)了一臺380V 變460V 變壓器，二是總進(jìn)線直接由380V50Hz 電源引來，三是將變頻器及DC MASTER 相關(guān)參數(shù)重新設(shè)置。從測試結(jié)果來看，廢除460V60Hz 變頻電源，直接用380V50Hz 市電供電，設(shè)備性能完全可以滿足工藝需求，既節(jié)約維修支出，又減少故障環(huán)節(jié)。