基于变频调速技术的高炉主卷扬机电气传动系统设计

基于变频调速技术的高炉主卷扬机电气传动系统设计

一、交流电气传动近年来，高频驱动器的出现，使高效能源通信技术成为铁路运输生产中重要因素的电气传动。根据高炉主卷扬机电气传动的特点,本设计采用交—直—交电流型的变频器,应用在昆钢炼铁厂炼铁高炉主卷扬机电气传动系统中,取得良好效果。二、停车条件复杂炼铁4号高炉上料主卷扬机的拖动采用的是绕线式交流异步电动机,通过控制转子绕组接入的多级附加电阻来增大电动机的转差,使电动机的机械特性变软,在起动和减速时达到调速的目的,再通过改变定子供电的相序,实现电动机的可逆运行。高炉上料由两台料车交替完成。电动机拖动滚筒,通过滚筒上缠绕的钢丝绳牵引两台料车交替从料槽里把原料送往炉顶。当一台料车位于料坑装料时,另一台料车则位于炉顶向炉内卸料。料车装料刚起动时电动机承受的负载转矩最大,随后料车低速行驶,很快能加速到额定转速,然后稳速驶入斜坡段。这一时段对转速变化的要求不高。为了使料车停车时位置准确,当料车接近炉顶时,电动机开始制动减速,电动机以低速慢爬行,到炉顶点时电动机断电,同时机械制动器抱闸制动,料车在炉顶向炉内卸料。原高炉上料主卷扬机的拖动采用绕线转子交流异步电动机,调速的方法具有控制简单,易于实现,但是在高炉上料传动中,由于频繁地可逆起停切换运行,加速了对转子集电环、电刷的磨损,使维护工作量加大,也带来了附加电阻上的能量损耗,使功率因数降低,电动机的机械特性变软;同时为了使电动机具有一定的起动转矩,以及在低速运行时有一定的机械特性硬度,串入的转子附加电阻又不能太大。这样,就造成电动机在起动和切换附加电阻时仍有较大的冲击电流,而且低速运行转速也不是很低,使得料车钢丝绳受拉伸冲击而影响使用寿命;由于料车在停车时的速度仍然较高,加速了电动机机械制动器制动轮和摩擦片的磨损。另外,当转子绕组串入了一确定的附加电阻后,对不同的负载,电动机的转速是不同的,对高炉上料来说,在料车容积一定的情况下,由于焦碳和烧结矿的比重不同,一车烧结矿通常是一车焦碳重量的3倍左右,使运送烧结矿和焦碳时电动机在低速运行的转速不一样,造成停车机械制动时料车的冲程不同。为了保证料车到达炉顶时停车位置的准确,就需要分设重车和轻车的停车限位开关,使限位开关机械调试繁琐和电气控制复杂。为了提高生产效率,减少能量损耗,改善高炉上料电气传动性能,昆钢炼铁厂引进技术,改造原电气传动系统,把变频调速技术运用到炼铁高炉主卷扬机电气传动系统中。三、铁路工程上料的频效传统1.异步电动机运行电气传动系统中采用的是SIMOVERT-A变频器,其主回路是交-直-交电流源型,无需外加其它设备即可实现异步电动机的四象限运行,制动能量回馈电网,适用于频繁快速起、制动,动态性能要求较高的场合。变频器控制系统采用按磁场定向的负载角控制方式,恒转矩调速范围1:10(5～50HZ),具有电动机参数自识别、参数自适应,自动调节等功能。2.采集频率对转速的影响,使电机具备降低制犯罪时间,系统运行通过频率设置来保证转速主卷扬电动机电气传动属恒转矩频繁可逆四象限运行,重复性短期工作制,周期性起停加减速,主要是要求有足够的起动转矩和过载能力,对加减速时间尽管有要求,但一般不作为选择变频器容量的主要依据。一般通过核算电动机由变频器驱动时的起动转矩和负载转矩,并以电流值作为选择变频器容量的依据。电动机由变频电源驱动时,电动机输出的电磁转矩,除受变频器能够提供的电流影响外,还受变频器输出频率的影响。电动机以额定电流在低频运行时,转矩会有所降低。因此,应提高电动机在起动时的转矩,可以通过变频器的参数设定使转矩适当提升。在变频器给出ON信号的同时,如果打开机械制动器,由于此时电动机还没有建立起足够的起动转矩,会造成溜车现象。而在高炉主卷扬机电气传动中,最严重的事故是料车出现溜车和掉轨现象,溜车严重时会造成一料车墩底,此时另一料车在炉顶弯轨上。因此,实际试车时,应以料车超重装料时反复调试,来设定变频器起动时的频率参数。待转矩建立达一定值时,变频器运行继电器得电,再打开机械制动器B,从而保证起动时不溜车。由于制动器打开时电动机转子才开始运转,为了防止变频器过电流,应对变频器转矩加以限制。当出现料车在炉顶超极限时,变频器能得到超极限信号,并封锁变频器,使机械制动器B抱闸,立即停车。料车在接近炉顶之前,变频器接受到减速信号时,变频器由50HZ按设定的下降速率,使电动机开始制动减速,以低速慢爬行,以设定的停车前爬行速度运行,当料车到达炉顶点时,变频器给出OFF信号,电动机断电,同时机械制动器抱闸制动,从而使料车准确停车。另外,系统还设置有变频故障停车、故障复位、操作台急停控制,需要紧急停车时,变频器输入主回路断电,同时使故障继电器得电,制动器控制机械制动器动作,使料车立即停车。四、转子摆动时的机械特性在高炉上料的电气传动中,应用变频调速控制系统,能够较好地改善异步电动机串电阻调速系统的性能,可以较好地解决由于频繁地可逆起停切换运行对转子集电环、电刷的磨损大、附加电阻上的能量损耗大、功率因数较低,电动机的机械特性变软、电动机在起动和切换附加电阻时仍有较大的冲击电流、调试繁琐和维护困难等一系列问题。电动机采用变频调速后,尽管在低频起动运行时电动机的输出转矩会有所降低,但仍比转子绕组中串电阻方式起动时的机械特性硬。根据需要可适当地加入转矩提升功能。在应用中,只要注意机械制动器打开的时刻同最低运行频率及转矩电流的建立相配合,则完全能够胜任大起动转矩的负载特性要求。起车平稳无冲击电流,停车准确无冲程。机械设备和机械制动器的磨损小、钢丝绳使用寿命延长,滚筒紧钢丝绳工作的周期延长。线路行程开关由转子绕组串电阻的7对减少了3对,简化了控制,减少了对行程开关调试工作量,降低了成本。采用变频调速时,由于加减速时间的延长使得比转子绕组串电阻工作方式时间上增加约10%,但并不影响输送原料的总节奏。采用变频调速后,缓慢的起车和平稳的停车,减少了对机械的冲击;同时,通过对变频器参数的设定,能自动检测电动机定子给定频率和转子实际频率之差,在可能出现溜车和掉轨现象之前,能够在1～2S时