西门子调速装置在炼铁生产中的应用

1、西门子调速装置在炼铁生产中的应用    摘  要：变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率采达到交流电动机调速目的的技术。从大范围来分，电动机有直流电动机和交流电动机。由于直流电动机调速容易实现，性能好，因此，过去生产机械的调速多用直流电动机。但直流电动机固有的缺点是，由于采用直流电源，它的滑环和碳刷要经常拆换，故费时费工，成本高，给人们带来不少的麻烦。因此人们希望，让简单可靠价廉的笼式交流电动机也能像直流电动机那样调速。直到20世纪80年代，由于电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展，才出现了变频调速技术。它的出现就以其优异的性能逐步取

2、代其他交流电动机调速方式，乃至直流电动机调速系统，而成为电气传动的中枢。现着重介绍了西门子全数字直流交流调速装置6RA70系列的技术特点和工作原理，以及在炼铁高炉上从交流与直流调速装置的应用原理、维护与调试着手，探讨二者在炼铁生产中的优劣与前景。关键词：直流电动机；交流电动机；调压调速；变频调速        1 直流电动机的工作原理        1.1直流电动机由转子和定子两大部分组成。定子是用励磁绕组绕在定子磁极上而成的（这里不讨论“永磁式直流电机”

3、）；转子是用电枢绕组嵌入转子铁芯（用来构成磁路）而成的。定子绕组和转子绕组都通入直流电流。两个电流产生的磁场相互作用，使转子旋转。        N和S是定子励磁绕组产生的磁极。电刷A接直流电源的正极，电刷B接直流电源的负极。因此电流总是从电刷A流入，经转子（也称电枢）绕组有效边ab后再由有效边cd最后经电刷B流出电枢绕组有效边ab与cd处于定子励磁绕组产生的磁场中，根据左手定则，且在电磁力所产生的转矩推动下，电枢将沿顺时针方向旋转。电枢转过180°时，电枢绕组ab边和cd边互换了位置，因与之相连的换向片也随着转动

4、，所以各边的电流方向也改变，这就是换向片的换向原理。利用这种换向原理，使电枢绕组各边到达同一磁极下时具有相同的电流方向，从而使电动机产生固定方向的电磁转矩，驱动电枢沿顺时针方向继续旋转，如此循环往复。这就是直流电动机的工作原理。实际的电动机有许多组电枢绕组，每组电枢绕组都有一对换向片，这些换向片就组成了一个换向器。        综上所述，直流电动机的结构有以下两个特点：        （1）定子励磁电路和电枢供电电路基本上是相互独立的，可以分别进行调节。

5、        （2）两个磁场（由定子励磁电路产生的主磁场和电枢供电电路产生的电枢磁场）互相垂直。        这是直流电动机具有优良的调速性能的原因。        1.2直流电动机的调速        调压调速        在负载转矩T和磁通

6、不变时，降低电枢电压Ua可以降低转速n，从而得到一系列平行的机械特性。但只能在额定电压以下进行调速。其优点是：可平滑调速，控制方便；机械特性硬，稳定性好；调速范围大，可达610倍。        在额定转速以上弱磁升速        在负载转矩T和电枢电压Ua不变时，减弱磁通（通过在励磁绕组上串联一个可变电阻Rf进行调节，若电阻Rf增大，励磁电流If减少，磁通也随之减弱）可以在额定转速以上升高转速n，得到一系列变陡了的不平行的机械特性，但仍属硬特性，其优点

7、是：可平滑调速，控制方便；机械特性虽然没有调压调速的机械特性硬，但也是斜率不大的直线，仍属较硬特性，稳定性也较好；有一定的调速范围，专门生产的弱磁升速的电动机，其调速范围可达34倍。        2 交流电动机的变频调速技术        用半导体电力电子器件构成的变频器，把50（或60）Hz的交流电变成频率可调的交流电，供给交流电动机，用以改变交流电动机的运转速度的技术，称为交流电动机的变频调速技术。变频调速技术的道理简单，实现却很难，人们经过100年

8、的苦苦探索，直到20世纪80年代以后，随着大功率电力电子器件的发展，变频调速技术才得以快速发展，日益成熟；当今以其高效的拖动性能和良好的控制特性，在各种工业领域，都获得了广泛应用。在交流电动机的变频调速技术的发展过程中，可以看到理论和实践相互促进，共同发展的美好展现。        2.1交流电动机的变频器种类             按变换环节分为两大类：交直交变频器，交交变频器。变频器根据其变频的原理分

9、为直接变频和间接变频；直接变频为交交变频。交交变频器把频率固定的交流电直接变换成频率连续可调的交流电。其主要优点是没有中间环节，故变换效率高。但其连续可调的频率范围窄，一般为额定频率的1/2以下，故它主要用于低速大容量的拖动系统中。        间接变频为交直交变频。间接变频是指将交流经整流器后变为直流，然后再经逆变器调制为频率可调的交流电。交直交变频器由整流器、中间滤波器和逆变器三部分组成。整流器是三相桥式整流电路，其作用为将定压、定频的交流电变换为可调直流电，然后作为逆变器的直流供电电源；中间滤波器由电抗器或电容组成，

10、其作用是对整流后的电压或电流进行滤波；逆变器也是三相桥式整流电路，但它的作用与整流器相反，是将直流电变换（调制）为可调频率的交流电，它是变频器的主要部分。        交直交变频器又分为两种，其区别在整流器上，即可控整流器和不可控整流。        （1）用可控整流器调压，用逆变器调频的交直交变频器，调压和调频分别在两个环节上进行。这里，若输入环节采用晶闸管相控整流器，功率因数较低；若输出环节采用三相六拍逆变器，输出的电流有较大的谐波。 &#

11、160;      （2）用不可控整流调压，用脉宽调制逆变器的交一直一交变频器。该交一直一交变频器的脉宽调制逆变器采用全控式电力电子器件，使输出谐波减少。该谐波减少的程度取决于脉宽调制的开关频率，而开关频率受器件开关时间的限制。采用P-MOSFET或IGBT时，开关频率可达20KHz以上，输出波形已非常接近正弦波，因而又称为正弦脉冲调制逆变器（SPWM），为目前通用变频器常采用。        2.2按滤波方式分类     &

12、#160;  滤波方式一般分电压型和电流型两种。        （1）电压型变频器        在交直交变压变频装置中，当中间直流环节采用大电容滤波时，直流电压波形比较平直，在理想情况下可以等效成一个内阻抗为零的恒压源，输出的交流电压是矩形波或阶梯波，这类变频装置叫做电压型变频器。一般的交交变压变频装置虽然没有滤波电容，但供电电源的低阻抗使它具有电压源的性质，也属于电压型变频器。     

13、60;  （2）电流型变频器        在交直交变压变频装置中，当中间直流环节采用大电感滤波时，直流电流波形比较平直，因而电源内阻抗很大；对负载来说基本上是一个电流源，输出交流电流是矩形波或阶梯波，这类变频装置叫做电流型变频器。有的交交变压变频装置用电抗器将输出电流强制变成矩形波或阶梯波，具有电流源的性质，它也是电流型变频器。        变频调速技术的应用可分为两大类：一类是用于电机传动调速；另一类是用于各种静止电源。变频调速器最为典型的应用时电机传动调速，电机交流变频调速技术以其优异的调速和启动、制动性能，高效率、高功率因数，显著的节电效果，进而可以改善工艺流程，提高产量质量，改善工作环境，推动技术进步，以及广泛的适用范围等许