变频调速技术在炼钢生产中的应用与前景

1、变频调速技术在炼钢生产中的应用与前景来源：开关柜无线测温 1 引言 变频调速技术是近些年来才发展起来的新兴技术，有着传统调速方式所无法比拟的优越性，随着自动控制技术以及大功率半导体器件的不断发展,其技术水平也不断提高并日臻成熟，在冶金企业中得到越来越广泛地应用。 2 变频调速技术的卓越性能2.1 体积小，重量轻，系统组成简单，可靠性高 目前，在莱钢炼钢厂尚有大量的传统调速系统，如行车的转子串电阻调速，使用绕线式异步电动机，并通过交流接触器分级切除电阻来实现电机调速;另外,还有直流调速装置,系统构成复杂，且故障率高，而这些问题采用变频调速技术就可以得到很好的解决。2.2采用微机控制脉宽调制信号驱

2、动,输出波形好，谐波分量少 在可控硅调速装置中，其整流电压中包含有基波及各项高次谐波分量，因此，可控硅运行装置在运行时相当于一个高次谐波发生器，而高次谐波的主要危害有:使电网电压和电流波形发生畸变，致使电能品质变坏;使电气设备的铁损增加;影响控制保护及检测装置的工作精度和可靠性等等。而变频器普遍采用了化脉宽调制技术、矢量控制技术、直接转矩控制技术，输出电压为SVPWM波，极大地降低了高次谐波的产生。2.3 调速范围广，频率范围在0400HZ，可超过电机额定转速进行恒功率调速。2.4 有多种保护功能和自调功能，可靠性高，并能自动诊断现实故障类型，配用电机结构简单，使系统维修工作大大减少。2.5

3、有多种选择功能，可根据各类机械转矩特性选择T-f特性和加减速时间，能实现软启动，减小启动电流。2.6 有多种用途的外部接口端子，可实现机外控制与监控仪表组成工艺参数闭环控制系统，也可与PLC组成生产过程程序控制系统。 变频器既有开关量输入/输出也有模拟量输入/输出端子，可以非常方便的加以利用。比如炼钢厂连铸水处理系统就是利用外部的压力传感器检测到的压力信号(420mA模拟量信号)送入变频器模拟量输入端口，通过PID调节器调节，实现恒压供水。2.7 变频器大多是电压型，采用V/f控制，可用一台变频器控制多台电机，实现转速联调:炼钢厂三号连铸机的拉矫机系统共4个流，每个流都是由一台30KW变频器同

4、时拖动三台相同型号的7.5KW拉矫机电机，实现电机的同步运行，保证了拉速的稳定。2.8变频调速用于大功率电机上时，可全部省去原来的启动和减速装置，平滑启动，既有足够的启动转矩，又不会对电网产生大的启动电流冲击。2.9 变频器的运行参数可通过键盘设定并保存在EEPROM中，即使掉电也不会丢失数据，并有标准的通讯接口可与外部实现通讯。2.10节电效果十分明显，可极大地节约能源。3 变频调速技术在炼钢生产中的使用状况变频调速具有如此优良的特性业已成为人们的共识，因此这一新技术也在莱钢炼钢厂得到了广泛的使用。3.1 新建项目中普遍采用了变频调速技术。93年投产的二号连铸机在结晶器振动系统采用了变频调速

5、技术;95年新建的三号连铸机上普遍采用了变频调速技术，包括结晶器振动系统、拉矫机系统、中间罐车、中间辊道等;96年新上的精炼车间，在电极升降、台车行走等系统上使用了变频调速;98年投产的4号连铸机更是在中间罐车行走、振动台、拉矫机、剪前辊道、剪后辊道，移坯车行走以及推钢机平移等控制方面大量采用了变频调速技术，共采用了多达25台矢量控制的变频器。2002年新建的4#转炉则在炉体倾动、氧枪升降、烟罩升降、钢包车/渣车行走、除尘风机、水泵乃至散装料振料等方面采用了变频调速装置。3.2 技改项目中采用了变频调速技术进行了创新应用。技术进步是企业的灵魂。莱钢炼钢厂不断采用新技术更新旧的设备，二号连铸机的

6、高效化改造就是一个成功的范例。如拉矫机原为直流电机驱动，调速方式为模拟式电压、电流双闭环直流调速，主控器件采用U2板。存在的问题主要有:设备造价高，抗干扰能力差，保护功能少，参数调整复杂，控制精度差,，故障率高，维护难度大;为此，我们将拉矫机电机改为价格低、易维护的Y系列交流电动机，调速系统改为抗干扰能力强、保护功能齐全、易于维护的高性能通用变频器。改造后的系统运行至今极为可靠，从未出现因拉坯阻力大而造成的堵转、跳电等故障。通过对拉矫系统的变频改造，大大提高了调速性能，彻底消除了以往制约生产的瓶颈。3.3 配合负能炼钢，实施变频改造，深入挖潜降耗。 经过调查研究发现，炼钢厂的转炉中压除尘风机，

7、连铸水处理系统等，是炼钢厂的用电大户，通过对上述设备的变频改造，取得了可观的经济效益。例如采用1台日本安川公司的686HV5D3630和2台ABB公司的 ACS1000中压变频器，分别对1#、2#、3#转炉除尘风机进行了变频改造，通过采集转炉炉前氧枪吹氧信号来实现风机的高低速自动转换。风机进行变频调速改造以后，由于系统采用软启动连续变速运行，减小了对风机叶轮的磨损，大大延长了设备使用寿命和维修周期，减小了维修费用和由此带来的直接经济损失。 系统采用过流、过压、瞬时断电、短路、欠压、缺相等多种保护，避免了因此造成电机烧损而影响生产所带来的直接和间接经济损失。 同时，系统采用变频调速系统后可以收到

8、很好的节能效果。根据莱钢炼钢厂变频系统实际运行情况来看，节电达40%以上，年节电经济效益在200万元以上。 根据工艺要求及特点采用变频调速技术，可使电机传动系统调速方便，启动电流小，运行平稳，工作安全可靠。在确保达到工艺要求的前提下，提高了设备的自动化控制水平，达到了节能降耗的目的。 4 存在的问题不可否认，变频调速技术在实际应用中也同样存在一些不可避免的问题，在炼钢厂的实际应用中也陆续暴露出来。(1)大功率晶体管比较容易损坏: 变频器的整流桥采用大功率二极管，因为直流侧有快熔保护，不易损坏，逆变桥采用大功率晶体管(根据变频器容量不同，每个桥臂并联的GTR个数也不同，一旦一个桥臂上的GTR烧毁

9、，同一桥臂的等量的GTR也随之烧毁。烧毁的原因一般为两条:一是变频器输出侧瞬间短路，虽然有的也装设了自动开关，但有时也起不到保护作用;二是，变频器经常工作在超载状态下，也对变频器的安全运行产生不良影响。(2)变频器的频繁跳闸:一般原因是由于过载，另一个原因一般认为是由于线路与电机相间的寄生电容冲击电流有关。(3)电机采用变频调速后机械特性较软:目前，现场一般使用转速开环控制，且工作频率一般在30-50HZ左右，比如当电机工作在40HZ时，输出电压为304V，因此电机端电压只有额定电压的0.8倍，即304/380，其电磁转矩约为额定值的0.64即0.82，因此负载大时容易造成转速下降，甚至发生堵

10、转。 解决方法:一是采用转速闭环矢量控制，引入转速负反馈，但要解决在电机轴上安装测速装置与冷却的矛盾;二是采用较大容量的交-直-交电流型变频器。(4)随着变频器装设容量的增加，配电系统谐波污染日趋严重，谐波检测和滤波问题应是以后必须注意的方面。 5 运用变频调速技术时应注意的问题(1)合理的选择容量: 一般应按照电机工作过程中的最大电流来进行选择，对于风机、泵类，因属长期恒定负载，因此可以直接按配用电机容量来选择。(2)确定电机的最高运行频率:风机、泵类:这类负载的转矩TL=KTn2，输出功率PL=KPn3(KT、KP为常数)，由此可知，转速超过额定转速，负载的转矩和功率将分别按平方和立方律增加，因此在一般情况下，不允许在额定频率以上运行。 当传动电机在额定频率以上运行时，由于电源电压恒定，(即不再有V与f成正比)，当其频率调到fx时，电磁转矩TX近乎和频率调节比Kf(=fx/fn.)的平方成反比，即 Tx Tn/ fX2 (Tn为额定频率时的电磁转矩) 因此，一般来说，最高运行频率不应超过fn的2倍。(3)低频运行时，由于转矩很低，因此应尽可能提高运行