变频器在烧结系统中的应用

杨蕾

摘 要：介绍了变频器在烧结系统中的应用，内容包括变频器的特点、优势，在电机控制回路中的设计，与自动化系统结合的设计等。

关键词：变频器；控制回路；自动化

1 前言

钢铁企业内有许多要求调速的生产机械，对电气控制系统有一定的要求。近些年来，随着电力电子技术、微电子技术的发展，现代控制理论，特别是矢量控制技术以及交流调速系统的数字化技术的应用，促进了交流调速系统的迅猛发展。现在交流调速在国内外已经应用得相当广泛。

变频调速是一种高效率、高性能的调速方式，变频器是以微型计算机为核心的新一代控制系统和单元，变频器具有监视、保护、诊断及自复原等多种功能，从而使一个十分复杂的自动化系统变成为一个操作维护简单、调试方便、而运行又十分可靠的具有现实应用价值的产品。

2 变频器在烧结系统中的重要性

现行的烧结工艺流程，一般包括：原、燃料的接受、贮存及配料，混合，点火烧结，热矿破碎，热矿筛分，冷却，冷矿筛分及成品的贮存、输出，返矿贮存、配料等环节。这些工艺环节中，需要变频调速的有如下设备：一、布料机，国内的一些重点企业烧结厂普遍采用厚料层烧结，提高料层厚度后，要使烧结机产量不受影响，必须改善料层的透气性，加强烧结料层的上部供热，提高烧结矿成品率，使烧结机的产量变化不受或少受影响。通过改变布料机的运行速度，使混合料布料满足布料均匀、有良好的透气性等基本要求。二、烧结机，烧结混合料的垂直烧结速度与原料烧结特性及料层透气性有关，由于每批原料矿的成分不同，烧结时间也不相同，根据不同的原料矿质量，烧结料层的厚度，改变烧结机的烧结速度，对于提高烧结矿的产量与质量，降低能耗，都具有重要意义。三、冷却机，根据料层厚度、单位面积产量、风压与每吨烧结矿所消耗的冷却风量调整冷却时间，使冷却机排出的废气温度有所提高，余热利用价值高，烧结矿的强度相应改善。在采用变频器控制布料机、烧结机和冷却机后，烧结系统自动控制装置比较完善，劳动生产率较高，使烧结厂的技术装备更为先进、完善。印度LANCO公司的烧结工程选用的是SINAMICS G120系列变频器，下面以此为例，简述变频器的电路设计。

3 变频器在烧结系统中的设计

在变频控制系统设计前，一定要了解工艺流程、工作环境、负载工作方式、控制方式、客户具体要求等。烧结工程的工作环境比较差，所以柜体的防护等级选IP54。

变频器的控制一般采用现场手动操作和PLC集中控制两种方式，现场手动操作用于设备的调试和检修，正常生产时，采用PLC集中控制。PLC集中控制有如下优点：1）调速准确，布料机、烧结机、冷却机均由调速电机驱动，三者的转速要求同步。由PLC统一给定转速，可以避免人工给定转速的差异，完全可以保证转速的一致性；2）便于操作管理，利于实现烧结生产自动化；3）有利于提高作业率。

4 变频器在电机控制回路中的设计

SINAMICS G120是一个由多种不同功能单元组成的模块化变频器。两种主要的单元是控制单元和功率模块。

功率模块的设计也是主回路的设计，首先根据电机容量选择功率模块的型号，由于可能出现停机后带负载起动的情况，所以功率模块的额定功率一般都选择比电机的额定容量大一个等级，并选择几个必要的组件：1）断路器，用于电源回路的开闭，容量为变频器额定电流的1.5倍左右。2）熔断器，用于保护线路及变频器。3）进线电抗器，只限于PM240功率模块，当系统的故障率高时，需要加装进线电抗器以保护变频器不受过大的谐波电流的干扰，防止过载，将进线谐波限制在允许范围内。

控制单元的设计大体分为四个部分：1）数字量输入，可编程的带隔离的数字输入，接于控制回路中，用于变频器的启动、停机等功能。2）数字量输出（也称为继电器输出），可编程的带隔离的数字量输出，通常设故障输出和运行输出，分别接入控制回路及送入PLC。当设备正常运行时，运行输出动作，并将运行信号送入中控室显示以及与其它设备进行连锁。当设备发生过载、欠电压、短路、过热等故障时，故障输出动作，变频器停机并送至中控室显示故障。3）模拟量输入，可编程的模拟量输入，用于变频器的调速控制，一个0-10V的模拟输入外接电位器，用于现场对变频器的转速进行手动调节；一个4-20mA的模拟输入直接接入PLC，用于中控室PLC根据生产情况对变频器的转速随时进行调节。4）模拟量输出，可编程的模拟量输出，用于变频器的运行转速返回，两个输出均为4-20mA信号，一个模拟输出直接接入PLC，可将变频器的转速值送人中控室PLC，便于操作人员通过上位机进行实时监控，一个模拟输出外接频率表，用于现场显示，便于调试人员现场进行监控。

数字量的输入信号、模拟量的输入、输出信号都是弱电信号，一定要采取信号隔离，否则控制系统信号混乱，造成系统不正常，设计时选用屏蔽电缆分开传送。

此外，变频柜应加装照明及专用冷却风扇。

5 结束语

变频调速是一种最有发展前途的交流调速方式，随着控制方式的不断改进，由简单的开环控制转为各种方式的闭环控制，控制系统向集成化，全数字化发展，从而使变频调速装置的可靠性、经济性以及系统的性能指标都在不断提高。目前，变频调速广泛应用于钢铁企业，在使用变频器调速后，烧结系统运行稳定良好，自动化系统调速准确，对节能也起到了很大的作用。

参考文献

[1]《钢铁企业电力设计手册》编委会. 钢铁企业电力设计手册[M].冶金工业出版社，2008.

[2]冶金工业部长沙黑色冶金矿山设计研究院. 烧结设计手册[M].冶金工业出版社，2008.