高炉主卷扬调速方案的选择与应用

高炉主卷扬调速方案的选择与应用

高粱主卷是高粱上料系统的心脏设备。它的主要功能是将不同类型的原料通过一定的比例转移到中部的预紧器中，然后通过一条探井式设备将其运到经过处理的高管顶部的上料斗。完成上料过程。传统的中小型高炉多采用双料车交替上料方式上料,主要设备包括:料车坑、料车、斜桥、卷扬机,运转方式为:主卷扬电机驱动齿轮变速箱,变速箱低速轴连接滚筒旋转,缠绕在滚筒上的钢丝绳通过绳轮改变方向后连接路轨上的料车,滚筒旋转料车交替上下运行。整个过程料车的运动状态是:静止→加速→匀速(高速)→一次减速→二次减速→停止。整个运动过程中为保证料车的安全运行,必须在适当的位置发出控制信号,以控制抱闸的打开或闭合,从而避免料车冲顶或溜车。因此,主卷扬调速性能的优劣直接关系到高炉的生产效率。料车的运行曲线见图1。1一般介绍主辊泵的功率提升方法1.1料车加速上升系统要求高炉卷扬连续重车变速上升的工艺要求,决定了其负载及控制具有以下特点:(1)重负载。启动时需要较大的起动力矩和足够的提升运载能力,这就决定其具有重载力矩的特性。(2)位能负载。由于料车在路轨上,空间位置上具有位能。当料车加速上升时,系统要克服重力、摩擦力等做功,属于阻力负载。当料车减速时电动机变成能量接受者,系统又变为动力负载。(3)速度可调。由于料车从静止于料坑段加速上升,后减速停止于炉顶受料斗,速度不停地转变,这就需要控制稳定,速度平滑可调。(4)控制可靠。其要求表现在:能停位准确、保证不溜车、保证过载保护、保证与槽下和炉顶控制系统连锁等。基于以上卷扬系统的负载特性和控制要求,适合于主卷扬拖动系统的主流有以下三种。1.2转子系数控制器该调速方案又分为定子绕组和转子绕组,其中又以转子绕组串电阻调速方案优越,被广泛应用于风机、起重设备。其原理简单,初期投资少,在20世纪70～80年代也曾被广泛应用于高炉主卷扬拖动,如广钢3#高炉、4#高炉等。下面是三相异步电动机的转速公式:n=n1(1−s)=60f1p(1−s)n=n1(1-s)=60f1p(1-s)(1)由公式(1)可知,转子绕组串电阻调速是一种能耗转差调速,即调速过程中保持同步转速不变,通过改变转差率以达到调速的目的。其调速原理和特性曲线见图2。该种调速在转速降低时,转子损耗功率增高,造成大量电能浪费,再加之其电路复杂、调速指标都不高、范围不大、平滑性差、故障率较高、后期维护困难等,在20世纪80年代以后,已逐渐被改造或淘汰。1.3直流电机的机械特性由于直流电动机具有良好的机械特性,其优点是系统的起动转矩大,在较大范围内能平滑进行速度调节,且控制简便,能在大范围内平滑调速、启动、制动和正反转等。目前在传动领域中仍占有重要的地位,在高炉主卷扬上也被广泛采用。直流电机转速与电磁转矩之间的机械特性方程式是:n=UdCeΦ−RΣCeCTΦ2Temn=UdCeΦ-RΣCeCΤΦ2Τem(2)式中Ud——电源电压;RΣ——电枢总电阻;Φ——磁通;CT——电磁时间常数。由公式(2)可知,调速方式也有两类三种,即控制励磁电流,电枢电路串联的电阻,电枢端电压的调节。广钢4#高炉20世纪90年代曾应用晶闸管整流的闭环降压启动调速,但由于早期的模拟控制系统存在参数调整复杂、可靠性相对较低等缺点,后来进行数字化调速改造,一直应用至今。1.4变同步转速n由上述电机转速公式(1)可知:变频调速是通过改变异步电动机定子电源频率f1,从而改变同步转速n1,实现异步电动机调速的一种方法。这种调速方法有很大的调速范围、很好的调速平滑性和足够硬度的机械特性,使异步电动机可获得类似于他励直流电动机的调速性能。三相异步电动机的这种调速系统目前正在逐步取代直流电动机调速系统,是目前主卷扬电机调速的主流方法。2直接速度用于大型设备的主卷扬系统2.1晶闸管催化控制广钢4#高炉在1994年扩容性大修之前,主卷扬传动系统采用的是交流异步电动机绕线式转子回路串电阻调速。由于其具有调速范围不大、平滑性差、故障率高、后期维护困难等缺点,1994年大修时改为晶闸管三相全控桥反并联可逆调速系统。该系统采用从日本富士电机(株)会社引进的LEONIC——U2高集成化控制板,它属于逻辑无环流模拟控制系统。经过多年的应用,逐渐暴露其缺点,由于模拟系统不可避免地存在调整困难、准确度低、系统过于复杂、难维护等缺点,使得后期故障恢复难度加大,严重影响高炉操作。于是在2000年进行数字化改造,并取得成功,至今系统运行较为稳定。2.2直流液压系统的控制功能改造中选用的西门子SIMOREGK6RA24直流调速装置,在当时是应用较为成功和广泛的一个产品。它以硬件作为控制的基础,以软件作为控制的核心。通过具有高效能16位微处理器承担电枢和励磁主回路所有的调节控制功能。调节功能在软件中通过参数构成的程序功能模块来实现,采用功能模块的组合可以实现各种开、闭环控制,监视及辅助功能。该直流调速装置的接线原理见图3。该装置的优点是:(1)方便灵活的参数组态。通过输入控制参数可方便灵活地组态主卷扬系统调速。(2)通过参数组态可以选择模拟及数字输入或输出接口的功能。(3)可以实现控制性能的自动优化。(4)全面的状态监视、故障诊断及信息跟踪。该装置的缺点是:(1)电机维护工作量大,整流子特别易磨损,维修费用高。(2)直流电机成本较交流鼠龙电机大,一般主卷扬只在旧系统改造中选用数字式直流调速。2.3确定抱闸参数,确保反应过程的正常在调试和日常使用中需要注意以下问题:(1)合理设置斜坡函数发生器时间,理解斜坡上升、下降时间并非实际上升和下降的时间,它只是加、减速快慢的反应指标。(2)恰当定义抱闸参数。当系统建立起一定力矩时才能打开抱闸,以防止料车重载溜车。具体设置要通过48号和50号端子确定。(3)对于寻优参数,要根据外接平波电抗电感量进行适当手动调整,以保证电枢电流的连续。(4)由于调速器为自冷却设备,要求环境温度在45℃以下,日常维护要注意室温和吹尘。3交流频率管理系统应用于宽钢五角大钢的主卷扬系统3.1交流调速器系统广钢5#高炉改建于2002年,设计炉容为420m3于2003年2月投产,当时的交流变频调速技术已经相当成熟,故主卷扬的调速系统的设计为交流变频调速,配备1台GGD柜型,1台主卷变频切换柜,2台主卷变频柜,一用一备,通过切换柜切换。该系统采用德国西门子6ES70系列装柜式变频器,功率315kW,额定电流630A。每台变频器配西门子6ES70制动单元2台,每台制动单元对应配套制动电阻1台。主电机为200kW交流电机。该套系统除具备上述3.2SIMOREG直流调速器的全部特点外,还具有更优的CBP2扩展通信板,可以直接通过PROFIBUS与PLC通信交换数据。但其缺点是参数设定复杂。它的接线原理见图4。3.2抱闸的参数设定(1)加减速时间。良好的加减速时间,可以保证料车平稳地从一种运动状态平滑地过渡到另一种状态,确保充足的上料时间。在调试过程中必须注意,电动机加速时须限制频率设定的上升率以防止过电流,减速时则限制下降率以防止过电压。加减速时间,通过参数P462和P464设定。(2)抱闸控制。优秀的抱闸参数设定,既节能又能保证料车运行过程中的安全。抱闸在力矩未建立时打开,可能会导致料车冲顶或溜车,若抱闸打开过迟又可能导致电机堵转过载而造成故障。因此,我们设定参数P604为on激活平滑启动,再通过P602设定励磁建立时间,选择P605为带制动单元检测信息功能,然后通过参数P606～P617设定抱闸的相关参数。(3)电子热过载保护。该功能是为保护电动机过热而设置的。它既可以通过变频器内的CPU根据运转电流值和频率计算出电动机的温升,也可以通过外部传感器直接将电机温度传给变频器。这可以通过参数P382～P386进行相关设定。(4)对外接辅助电源的要求。西门子矢量控制器需要外接辅助电源通过CUVC/CUR控制变频器自身的主接触器,这样即使在功率电源掉电的情况下也能保证其与控制系统通信。外接电源要求DC为20～30V,