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案例頻道 摘要：電磁攪拌器是一種完全不與金屬溶液接觸而靠電磁力對金屬溶液進行攪拌的裝置，該裝置能夠提高各種合金的整體均勻性，縮短融化時間，減少金屬燒損，提高產品質量。本文以英威騰Goodrive800四象限變頻器在電磁攪拌器變頻電源上的應用，著重介紹英威騰Goodrive800四象限變頻器應用在鋁熔爐電磁攪拌設備上的優越性。
關鍵詞：金屬冶煉 電磁攪拌 Goodrive800 四象限 變頻電源
一、 引言
電磁攪拌器是金屬冶煉過程中的關鍵設備，在金屬熔煉過程中，以其無接觸性污染、均勻金屬溶液溫度、縮短熔煉時間、均勻金屬溶液化學成分、減少氧化渣產生、降低燒損率、指標可控性好、電氣化程度高等諸多優勢而在金屬冶煉行業得到了廣泛應用。變頻電源作為電磁攪拌設備的關鍵部分，其性能特點決定了金屬冶煉的質量、節電率和攪拌指標的好壞。傳統的電磁攪拌變頻電源一般為交-交變頻電源或兩象限交-直-交變頻電源，其存在功率因數低、諧波干擾大、無法實現能量回饋電網、運行中忽停電易炸機等缺陷，而四象限變頻器經科學配置后作為電磁攪拌系統的變頻電源，則可規避傳統變頻電源的諸多不足。
二、 電磁攪拌器的工作原理
感應式電磁攪拌器主要由變頻電源和感應器組成，是利用電磁感應原理產生的強磁場作用于金屬溶液（導體）上，從而促使金屬溶液（導體）在磁場作用下做規律運動。變頻電源把50/60HZ的電網工頻交流電變換成頻率為0.5~5.0HZ、輸出電壓可調的VF分離低頻電源，該電源通入電磁攪拌感應器中，形成交變行波磁場，此行波磁場穿透爐底的不銹鋼板作用于金屬溶液上，金屬溶液在磁場的作用下產生感應電動勢和感應電流，此感應電流又與磁場相互作用產生電磁力，從而使金屬溶液做有規律的運動，以達到對金屬溶液攪拌的目的。通過改變行波磁場的方向及強度，可以有效控制金屬溶液的攪拌方向和攪拌強度。電磁攪拌原理圖如下圖（1）所示。
圖（1） 電磁攪拌原理圖
三、 電磁攪拌設備變頻電源技術要求
•變頻電源控制可以真正V/F分離控制
•變頻電源采用MODBUS 和上位觸摸屏通訊
•變頻電源電壓等級AC 380V
•變頻電源的功率因數最低不低于0.96，滿載運行時功率因數0.98以上
•變頻電源采用AC-DC-AC四象限變頻器
•變頻電源可允許電流輸出三相不平衡度至不低于15%
•變頻電源可調節頻率0.5HZ-5HZ，正常運行頻率在0.5HZ-1HZ之間
•變頻電源頻率調節分辨率至少為0.1HZ，最好為0.05HZ
•變頻電源運行時間可以自行設定
•變頻電源可以時間倒計時停機設定
•變頻電源負載設備屬低頻大電感設備
•需要考慮緊急停機時負載電感的能量釋放
四、 變頻電源選型及配置
五、 電氣原理圖
圖（2） 四象限變頻器主回路電氣原理圖
六、 Goodrive800四象限變頻器應用在電磁攪拌設備上的優勢
該變頻電源采用的的英威騰Goodrive800四象限變頻器是一款專為高端應用市場而設計的高性能變頻器，該型號變頻器電流額定值按照重載工況設計，可以應用在需要高過載能力、高可靠性、持續作業的場合。
Goodrive800四象限變頻器采用國際主流的模塊化設計理念，可單獨提供整流、逆變、濾波單元或整套柜機，從而滿足用戶、OEM和系統集成不同類型客戶的需求。其技術特點如下：
◆整流部分采用IGBT功率器件，PWM調制技術可將負載再生能量轉化為電能回饋至電網，功率因數可達到0.98以上，最大限度的節約電能。
◆母線電壓和輸出電壓連續可控且平穩（受電網側電壓波動等因素影響小），克服了以往交-交變頻或普通兩象限變頻輸出電壓受電網等因素波動大而影響金屬熔煉效果的弊端；
◆提供V/F、開環矢量、閉環矢量三種控制方式，同時支持V•F分離功能，解決了電磁攪拌特殊負載正常工作時主動防御安全停車的難題；
◆結構采用模塊化設計，方便組裝與現場維護，單元接線方式上進下出，滿足客戶共直流母線方案的使用；
◆系統單元之間采用光纖通訊技術，實現主控制板與單元控制之間的光電隔離，在滿足工程現場特殊的長距離傳輸需求的同時有效的保障系統可靠性；
◆支持Modbus、Profibus、CAN、Ethernet以及DeviceNet等多種通訊協議要求，方便工業現場各種應用；
◆提供完善的變頻保護功能，除具備豐富的過流、過壓、過溫保護等傳統的變頻器保護功能外，更加側重電機側的保護，可以通過電機溫度檢測端子實時檢測電機運行溫度，為電機提供有效的過溫保護；
◆標配的STO（安全轉矩截止）、SS1（安全停車1）、SLS(安全限速)、SBC(安全抱閘)保護功能，最大限度保障了系統的安全性和可靠性；
◆EMC性能滿足C3等級要求。
七、 現場調試及參數設置
Goodrive800四象限變頻器整流單元參數設置：
Goodrive800四象限變頻器逆變單元參數設置：
變頻電源的負載為大電感（約為25mH），存在大電感能量釋放沖擊問題。此行業應用存在以下幾個技術難點：1、運行頻率為0.8~2Hz，工作電流需達到350A，在環境溫度為45℃的工況下，保證長期穩定運行；2、自由停車大電感能量能夠順利釋放，不得對電網造成沖擊，變頻電源不得報故障；3、電網非正常斷電時，保證大電感能量能夠順利釋放；4、額定負載（320A）條件下，回饋到電網的功率因素不得低于96%。
由于負載為大電感，必然存在大電感能量釋放沖擊問題。為了保證在變頻電源在自由停車或者電網非正常斷電情況下大電感能量的釋放，我們在變頻電源直流母線上增加制動單元和制動電阻，確保再生能量的及時釋放。最后帶負載測試，在額定負載下，能量回饋功率因數達到0.98以上，調試取得圓滿成功，獲得客戶高度肯定。
圖（3）Goodrive800四象限變頻器 圖（4）Goodrive800逆變單元
八、 結束語
由于基礎能源的相對匱乏，隨著經濟的快速發展，國家對電網的工業污染和工業設備的節能越來越重視。Goodrive800四象限變頻器以其綠色、環保、節能和完善的功能等諸多優勢，將在鋁冶煉行業電磁攪拌設備上得到更加廣泛的應用。
關于英威騰：
英威騰，成立于2002年，致力于成為全球領先、受人尊敬的電氣傳動、工業控制、新能源領域的產品與服務供應商，2010年在深交所A股上市，股票代碼：002334。英威騰是國家火炬計劃重點高新技術企業，目前擁有12家控股子公司，分駐于全國的九大研發中心，擁有各類專利410多件，主要產品涵括高、中、低壓變頻器、電梯智能整體機、伺服系統、PLC、HMI、電機和電主軸、SVG、UPS、光伏逆變器等。英威騰現有員工1600多人，大型生產基地4個，營銷網絡遍布國內及海外60多個國家和地區。
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