变频调速在包钢鱼雷罐车电机上的应用

索海英

摘要：本文通过变频调速在包钢薄板厂二炼钢倒罐脱硫技术改造中鱼雷罐车电机电气控制上的应用，阐述了变频调速的基本理论及变频器的容量和控制方式的选择的设计过程。

关键词：鱼雷罐车电机;变频器调速原理;设计过程

2012年，包钢薄板厂二炼钢倒罐脱硫进行了技术改造由混铁炉供应铁水改为由鱼雷罐车供应铁水。原有的以混铁炉为主的铁水供应方式存在环境除尘效果差、能耗高、作业效率低、生产组织复杂等诸多缺点，已逐渐被各大钢铁企业所淘汰。现阶段国家对节能减排及环境保护的要求越来越高，如何降低企业生产能耗、减少环境污染成为企业面临的巨大难题。必须通过技术改造来不断的降低其生产能耗并减少环境污染。经过几年来运行，改造后鱼雷罐车供应铁水变频调速控制系统的运行状态正常，保证薄板厂二炼钢的正常生产。

1.变频基本理论：

1.1变频调速基本原理：[1]

变频调速是以变频器向交流电动机供电，并构成开环或闭环系统。变频器是把固定电压、固定频率的交流电变换为可调电压、可调频率的交流电的变换器，变频调速是一种高效率、高性能的调速方式，采用异步电动机（或同步电动机），使其在整个工作范围内保持在正常的小转差率下运转，实现无级平滑调速。

电机进行调速时，为保持电动机的磁通恒定，需要对电机的电压与频率进行协调控制。对此，需要考虑基频以下和基频以上两种情况。基频是变频器对电动机进行恒转矩控制和恒功率控制的分界线。异步电动机变压变频调速时，通常在基频以下采用恒转矩调速，基频以上采用恒功率调速。

1.基频以下调速

在一定调速范围内维持磁通恒定，在相同的转矩相位角的条件下，如果能够控制电机的电流为恒定，即可控制电机的转矩为恒定，称为恒转矩控制，即电机在速度变化的动态过程中，具有输出恒定转矩的能力。由于恒定U1/f1控制能在一定调速范围内近似维持磁通恒定，因此恒定U1/f1控制属于恒转矩控制。严格地说，只有控制E1/ f1恒定才能控制电机的转矩为恒定。

2.基频以上调速

当电机的电压随着频率的增加而升高时，若电机的电压已达到电机的额定电压，继续增加电压有可能破坏电机的绝缘。为此，在电机达到额定电压后，即使频率增加仍维持电机电压不变。这样，电机所能输出的功率由电机的额定电压和额定电流的乘积所决定，不随频率的变化而变化，具有恒功率特性。

在基频以上调速时，频率可以从基频往上增加，但电压却不能超过额定电压，此时，电机调速属于恒转矩调速。电机在恒转矩调速时，磁通与频率成反比地降低，相当于直流电机弱磁升速的情况。

1.2变频调速分类：

变频调速分为旋转机组变频和静止变频装置变频。由于旋转变频机组变频设备庞大，效率较低，性能较差，现已被静止变频装置取代。静止变频可分为交-交变频和交-直-交变频两大类。

1.2.1交-交变频器

该变频器又称直接式变频器或周波变频器，它直接将电网的交流电变成电压和频率都可调的（简称VVVF）交流电输出。是采用晶闸管作为开关元件，借助电源电压进行，因此通常其输出频率只能在电源频率的1/3～1/2及以下。这种系统比较适合于大容量的低速传动装置，例如轧钢机主传动。不适合小容量的电机的变频调速。

1.2.2交-直-交变频器

是先将电网的交流电压通过整流器变换成直流电压，再有逆变器将直流电压变换为频率可调的交流电压，供给交流电动机进行变压及变频调速。由于具有将交流整为直流的中间环节，输出频率不受电网频率的限制。根据直流的中間环节滤波方法的不同，可分为电流型和电压型。

1.2.2.1电流型交-直-交变频器

在直流回路中串以大电感以吸收无功功率，直流电源阻抗较大呈恒流源特性。该变频器输出电流接近矩形波，输出电压波形由电动机的感应电势决定，因其脉动分量由大电感所吸收，故波形接近正弦波。由于直流中间回路电流的方向是不变的，所以不需要设置反馈二极管。该变频器被广泛用于动态要求高单机传动，如轧钢机等高性能的拖动系统中，不太适合辊道电机多台电机同时拖动。

1.2.2.2电压型交-直-交变频器

在直流回路并联较大的滤波电容以缓冲无功功率，直流电源阻抗很小，呈恒压源特性。该变频器输出电压接近矩形波，由于负载回路阻抗较大，电流波形接近正弦波。

2.设计过程

2.1鱼雷罐车倾翻电机运行特性

鱼雷罐车倾翻采用变频调速控制方式。鱼雷罐车电机低速运行，有较硬的机械特性。根据工艺要求可以设定不同的速度，能够频繁正反转，有较高的过载倍数。鱼雷罐车变频器上电前必须要求紧急停止按钮处于释放状态，室内，室外主令控制器在零位状态，在室内操作台上设置室内与室外操作切换旋转开关，主令控制器必须在零位才允许切换，在室内操作台上设置变频与直接控制选择开关，电机只是在停止状态及主令控制器必须在零位才允许切换。紧急停止按钮按下时，切断倾翻动力输出。为防止鱼雷罐的误操作方向旋转将铁水倒向反方向，在鱼雷罐车上安装2个检测开关，一旦误操作，鱼雷罐反转一个很小角度（5度），碰到反向的检测开关时，一切运行将停止，同时发出报警提示。此时只能使用一个专用按钮与主令控制器配合才能将鱼雷罐返回到正确位置，离开检测开关后才能向正确方向运行。主令控制器包括0～10VDC输出的线性电位器，用于变频器对电机的速度调节。它带有3个开关零位，正向，反向，接入PLC中发出运行指令。当发出正向倾翻命令前，除尘排烟阀门必须先打开，变频电机散热风机，电机抱闸必须打开。当倾翻结束后，相应除尘排烟阀关阀，电机散热风机停机，电机抱闸。当变频器出现故障或在直接运行中热继电器动作时，运行停止，并有报警指示灯显示，当控制电源故障或有自动开关跳闸时，在工作站上应有报警显示。

2.2 6SE70型变频器根据鱼雷罐车电机的运行特性，又结合变频调速基本理论我们选择性价比较高的SIEMENS公司的6SE70装机装柜型变频器。该变频器属于上文所述的电压型交-直-交变频器的一种。

该变频器有较高电流过载倍数，最大过载电流在300s周期内允许达到额定电流的1.36倍，可持续60s。1.6过载可持续30s。根据负载情况需要过载时，必须使其基本负载电流仅为额定电流的91%。

2.3系统部分

薄板厂二炼钢鱼雷罐车电机变频器供电方式由一段母线带多个变频器，1台变频器带1台鱼雷罐车2台电机。

3.结束语

交流调速应用了变频器在鱼雷罐车电机的控制，虽然投资较大，但它为薄板厂二炼钢的可靠生产的确带来了保障，为以后的维护检修带来了极大的方便。全数字交流变频器有良好的计算机通讯功能，也为以后鱼雷罐车电机适用更新的工艺要求打下扎实的基础。

参考文献：

[1] 胡幸鸣.电机及电力拖动.北京：机械工业出版社，2002.6

[2] 陈延镖.钢铁企业电力设计手册.北京：冶金工业出版社，1996.1

（作者单位：包钢西创设计研究院）