浅议高炉卷扬(windlass)变频控制系统的设计思路

摘要：提出了高炉卷扬料车变频系统一种设计思路。

关键词：高炉卷扬料车 变频器 变频器专用电机 电抗器

Abstract: the blast furnace put forward roll furnaces Yang inverter system a design ideas.

Keywords: blast furnaces inverter frequency converter (Yang special motor reactor

中图分类号： TM921.51文献标识码：A 文章编号：

1. 引言

根据高炉的卷扬料车负载的恒转矩、重载特性，采用西门子Simovert master drive系列变频器控制电机转速，卷扬设备是高炉上料的关键设备，对生产影响较大，因此采用两台变频器控制，一用一备。

2. 卷扬系统工艺控制要求

料车的启动/停止过程要求平稳，抱闸打开后，料车不能倒滑，在运行过程中需要检测料车的位置以改变运行速度 ，同时还要防止料车过卷和钢丝绳松弛。料车与高炉炉顶设备和槽下备料设备存在逻辑联锁，由西门子S7系列PLC控制。

3. 变频系统设计思路

3.1 电机与变频器的选择

卷扬料车属于恒转矩负载，即所需的转矩不随转速的变化而改变，基本保持恒定，与直接的电网供电相比，由于高次谐波的原因，电机的温升要有些增大，另外，由于是恒转矩负载，即使转速变化，电动机的电流也基本不变，需考虑低转速时电机的冷却问题。基于上述原因，电机选型为变频器专用电机，加装专用冷却风扇，并选大一档容量，降低负载率，根据电机额定电流的1.1~1.5倍，同时考虑过载能力来选择变频器的容量。

3.2 变频器自身的保护功能

作为高炉上料的关键设备，变频器一旦损坏，将严重的影响生产，因此变频器应有能力对一些异常情况进行自我保护。

3.2.1 瞬时过电流及对地短路保护

当变频器输出端由于对电机进行直接起动，相间或对地短路等原因出现过大的电流峰值，并有可能超过主电路换流器件的容许值时，变频器将关断主电路换流器件并停止输出。此外，在直流中间回路和换流电路中安装熔断器进行过电流保护。

3.2.2 过电压/欠电压保护

当电机快速减速，由于能量回馈变频器直流中间回路的直流电压超过规定值，为避免主电路换流器件烧毁，变频器将停止输出。而当变频器的供电电源电压降低时，直流中间回路的电压将会下降，从而使变频器输出电压过低，造成电机输出转矩不足和过热现象，在检测到中间直流回路电压出现规定时间以上的欠压，变频器将停止工作。

3.2.3 变频器过载保护

变频器输出电流大于额定电流一定百分比且持续一段时间后，变频器启动自己的电子热保护功能，保护主电路的换流器件。

3.2.4 散热片过热保护

冷却系统故障时，散热片将发生过热现象，上面的热敏继电器动作，发出报警并停止变频器的运行。

3.3 变频器主要设备的选择

3.3.1 电源侧进线电抗器选择

电源侧进线电抗器可减小变频器、整流单元的谐波电流，改善功率因数，也减小换向缺口；也能限制由于电源电位的突变而产生的电流冲击。电抗器的容量选择和电源容量有较大关系，一般情况下按照在额定电压和电流条件下，使电抗器上的电压降在2%~4%。

3.3.2 制动单元和制动电阻选择

使用电压型变频器驱动异步电机，当电机减速时，电动机及其负载所具有的能量将对直流侧的滤波电容进行充电，考虑到电力电子器件的安全，需要将这部分能量消耗掉，方法是在直流侧安装制动单元和制动电阻，当电容电压升到一定数值时，控制制动电阻支路上的开关器件导通，使从电机回馈到直流侧的能量消耗在电阻上，避免电容电压进一步上升，制动电阻的选择包括电阻的阻值和容量，前者决定制动时流过电阻的电流，后者决定电阻容许的发热量，电阻的容量选择还应该考虑工作时间。

3.3.3 输出电抗器选择

隔离双栅极晶体管(IGBT)脉宽调置(PWM)变频器能够输出很高的开关频率，电压改变迅速，产生瞬间电压峰值，可能会击穿电机绝缘材料上的针孔，引起短路，过早引发电机故障。变频器和电机的距离，一般地说，如果离电源不超过15英尺，反射波电压的影响没有多大，但是，随着距离的增加，电机端的电压就会升高，而且大于绝缘系统的设计电压，因此在变频器输出侧安装了负载电抗器和dv/dt滤波器。

设备见下图示意：

3.4 与自动控制系统的通讯

参考文献

1.Simovert Masterdrivers 通用型变频器（矢量控制）使用大全

2.连续出版物：[1] 孙立伟, 浅谈关于西门子变频器的保养及维护, 今日科苑 2006—5

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。