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1.   概述

    交流電動機采用變頻調(diào)速技術(shù)是當代電動機調(diào)速的潮流，它以體積小、重量輕、精度高、通用性強、工藝先進、功能豐富、保護齊全、操作方便等優(yōu)點，優(yōu)于以往的多種調(diào)速方式，如變極調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、滑差調(diào)速、串級調(diào)速、液力偶合器調(diào)速等，因此，變頻器的發(fā)展十分迅速，在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。

    它的主要作用有：

    (1). 節(jié)約能源

    利用變頻器實現(xiàn)電動機調(diào)速運行，在諸多方面可以節(jié)約電能，尤其是在風機類、水泵類等機械設(shè)備運行過程中，節(jié)能效果最為明顯。在當前我國電力供應(yīng)普遍緊張的情況下，這一點顯得尤為重要。

    (2). 提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量

    在生產(chǎn)線的流水作業(yè)控制等方面，往往存在快速運行、準確停車、重載恒速輸送、輕載高速返回等許多工藝要求。采用交流變頻調(diào)速，能很好地解決這些調(diào)速控制的要求，并逐步取代傳統(tǒng)的直流電動機調(diào)速方式，使電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)更加合理簡單，生產(chǎn)效率大幅度提高。

    (3). 有效地防止沖擊電流

    由于變頻器可以方便地實現(xiàn)軟啟動和軟停止，因而可以有效地減少電動機啟動、停止時對電網(wǎng)的沖擊，改善電源容量裕度。尤其是電動機容量大，而變壓器容量相對較小時，這種效果更加明顯。

    (4). 可以方便地實現(xiàn)電動機的正、反向運行

    由于變頻器都具有正、反向輸入端子，因此，電動機的正、反向運行不需要主回路交流接觸器之間交替切換，減少故障維修，減輕工人的勞動強度。

2.   變頻器的應(yīng)用
   
    近幾年，在我們的設(shè)計工作中大量地應(yīng)用了交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，尤其是A-B品牌的交流變頻器，在轉(zhuǎn)爐、連鑄以及風機、水泵類負載的自動控制中，都收到了良好的效果。下面，主要談一談交流變頻器在轉(zhuǎn)爐煉鋼控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

    2.1  應(yīng)用范圍

    交流變頻器在轉(zhuǎn)爐煉鋼控制系統(tǒng)中，主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐傾動、氧槍升降、一次除塵的風機運行、散狀料給料機下料、運輸車輛的行走等生產(chǎn)過程，近幾年在煉鋼車間大型吊車的行走控制中，也逐步使用了交流變頻器。交流變頻器的使用除了大量節(jié)約電能外，也極大地提高了轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的安全可靠性。若交流變頻器與基礎(chǔ)級計算機（PLC）系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)配合使用，效果會更好。

    美國羅可韋爾自動化公司A-B品牌的1336 IMPACT系列變頻器能夠提供精確的電動機速度和轉(zhuǎn)矩控制，具有獨立控制電動機磁場和轉(zhuǎn)矩的能力，在零速下仍能產(chǎn)生滿轉(zhuǎn)矩。因此，這種變頻器特別適合于重載或滿載啟動的負載，例如轉(zhuǎn)爐傾動、氧槍升降以及運輸車輛行走等的控制。

    2.2  具體應(yīng)用

    (1). 轉(zhuǎn)爐傾動的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)

    轉(zhuǎn)爐傾動的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，是轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)中變頻技術(shù)應(yīng)用的重點，由于負載的特性，此部分技術(shù)難度較大，同時，也是轉(zhuǎn)爐本體控制系統(tǒng)中投資最大的部分。我們在青島鋼鐵公司80噸轉(zhuǎn)爐（2003年）、珠海粵裕豐鋼鐵公司65噸轉(zhuǎn)爐（2003年）、青海西寧鋼鐵公司65噸轉(zhuǎn)爐（2004年）的傾動控制系統(tǒng)設(shè)計中均采用了1336 IMPACT系列變頻器。下面以青島鋼鐵公司80噸轉(zhuǎn)爐為例，說明1336 IMPACT系列變頻器在轉(zhuǎn)爐傾動設(shè)計中的應(yīng)用：

    青島鋼鐵公司80噸轉(zhuǎn)爐傾動裝置采用4只齒輪傳動的全懸掛結(jié)構(gòu)形式，每個齒輪由一臺YZPBF315M-10,75kW交流電動機傳動，正常生產(chǎn)時4臺電動機同步運行，當其中1臺發(fā)生故障時，其余3臺電動機仍可繼續(xù)工作，以滿足生產(chǎn)的要求。在每個電動機軸上安裝1個編碼器，在傾動機構(gòu)耳軸上安裝1個編碼器及1個主令控制器。

    根據(jù)煉鋼工藝的要求，傾動的控制采用傳統(tǒng)的主令控制器操作, 操作地點有三處，即操作室主操作臺、轉(zhuǎn)爐爐前操作臺和轉(zhuǎn)爐爐后操作臺，其工作程序和聯(lián)鎖控制通過PLC實現(xiàn)。該轉(zhuǎn)爐為全正力矩設(shè)計，當出鋼或出渣過程停電時，可氣動松開制動閘，爐子靠自重恢復到垂直位置。

    根據(jù)近幾年轉(zhuǎn)爐傾動控制系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用情況，我們針對1拖4控制方式（即1臺變頻器拖動4臺電動機）和4拖4主從控制方式進行了認真的比較。1拖4的控制方式，系統(tǒng)簡單，易編程調(diào)試和維護，但從安全、合理的角度考慮，每座轉(zhuǎn)爐需增設(shè)一套變頻器裝置作為備用，以化解轉(zhuǎn)爐正常生產(chǎn)時因變頻器故障而帶來的巨大風險，這樣造價會相對較高，不經(jīng)濟。最終我們確定了4臺電動機采用變頻器1對1控制，既4拖4主從控制方式，變頻器與PLC系統(tǒng)之間采用國際開放式的DEVICE NET網(wǎng)絡(luò)進行通訊。

    考慮到轉(zhuǎn)爐傾動的負載性質(zhì)和變頻器的過載系數(shù)，我們選用了4臺1336 IMPACT矢量型變頻器1336E-B150-AA-EN-L8E-HA2-GM5,112kW來分別驅(qū)動4臺電動機。PLC系統(tǒng)也采用A-B品牌的ControlLogix控制系統(tǒng)。
 

圖1  4拖4主從控制方式單線系統(tǒng)圖

    為了抑制電源側(cè)過電壓，減少電流畸變，在變頻器輸入側(cè)配有共模扼流圈、進線電抗器。

    為了抑制變頻器對其它設(shè)備的高頻干擾，在變頻器輸出側(cè)配有輸出電抗器。

    另外，系統(tǒng)中沒有采用能量回饋制動方式，而采用了能耗制動，制動力矩110％，制動電阻柜外安裝。

    本系統(tǒng)具有以下特點和功能：

    __四象限運行。IMPACT變頻器能工作在正向出力、正向制動、反向出力、反向制動四種工作狀態(tài)。

    __主/從控制功能（速度/轉(zhuǎn)矩控制）。在4臺變頻器中，設(shè)定其中1臺為主變頻器，進行速度控制，另外3臺為從變頻器，主變頻器的內(nèi)部轉(zhuǎn)矩輸出作為從變頻器的轉(zhuǎn)矩給定進行轉(zhuǎn)矩控制；當其中1臺從變頻器發(fā)生故障時，主變頻器內(nèi)部轉(zhuǎn)矩輸出信號給另外2臺從變頻器的轉(zhuǎn)矩給定，進行轉(zhuǎn)矩控制；當主變頻器發(fā)生故障時，通過DEVICE NET通訊網(wǎng)絡(luò)，PLC系統(tǒng)給從變頻器中的1臺進行賦值，變?yōu)樗俣瓤刂疲ㄊ蛊渥優(yōu)橹髯冾l器），其內(nèi)部轉(zhuǎn)矩輸出信號作為另外2臺從變頻器的轉(zhuǎn)矩給定，進行轉(zhuǎn)矩控制。

    __零速滿轉(zhuǎn)矩功能。由于采用FORCE技術(shù)，在全調(diào)速范圍內(nèi)可直接控制轉(zhuǎn)矩。

     (2). 氧槍升降的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)

    氧槍升降的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，是轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)中變頻技術(shù)應(yīng)用的另一個重點和難點。氧槍升降是典型的位能負載，靠鋼絲繩牽引，按照煉鋼工藝專業(yè)的要求，氧槍在升降過程中要實現(xiàn)慢速到快速以及快速到慢速的轉(zhuǎn)換，且其停經(jīng)的工藝檢測點較多，在待吹點和吹煉點均要求準確停車。尤其是在吹煉點，氧槍的槍位直接影響到煉鋼的質(zhì)量。因此，應(yīng)用變頻器控制氧槍升降是氧槍調(diào)速控制系統(tǒng)的理想之選。我們在河北宣化鋼鐵公司2X80噸轉(zhuǎn)爐（2001年）、青島鋼鐵公司80噸轉(zhuǎn)爐（2003年）、珠海粵裕豐鋼鐵公司65噸轉(zhuǎn)爐（2003年）、青海西寧鋼鐵公司65噸轉(zhuǎn)爐（2004年）的氧槍升降控制系統(tǒng)設(shè)計中均采用了1336 IMPACT系列變頻器。下面以青島鋼鐵公司80噸轉(zhuǎn)爐為例，說明1336 IMPACT系列變頻器在氧槍升降設(shè)計中的應(yīng)用：

    青島鋼鐵公司80噸轉(zhuǎn)爐設(shè)有2套氧槍，互為備用。每套氧槍升降系統(tǒng)由一臺YSGB315L1-10,64kW交流電動機傳動，在生產(chǎn)過程中當工作氧槍發(fā)生故障時，可快速通過橫移換槍等操作，使用備用氧槍繼續(xù)生產(chǎn)。當氧槍系統(tǒng)停電時，可切換到氣動馬達，將氧槍提起。氧槍升降系統(tǒng)聯(lián)鎖條件較多，是轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)中最重要的部分，其工作程序和聯(lián)鎖控制是通過計算機控制系統(tǒng)（PLC）實現(xiàn)的。
 

圖2  變頻器與PLC系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)框圖