一、引言
變頻調(diào)速能夠應(yīng)用在大部分的電機(jī)拖動(dòng)場(chǎng)合，由于它能提供精確的速度控制，因此可以方便地控制機(jī)械傳動(dòng)的上升、下降和變速運(yùn)行。變頻應(yīng)用可以大大地提高工藝的高效性(變速不依賴于機(jī)械部分)，同時(shí)可以比原來的定速運(yùn)行電機(jī)更加節(jié)能。
二．變頻器的功能
下面例舉使用變頻調(diào)速的10個(gè)理由，來說明變頻器應(yīng)用日趨普及的基本認(rèn)識(shí):
(1) 控制電機(jī)的起動(dòng)電流。
當(dāng)電機(jī)通過工頻直接起動(dòng)時(shí)，它將會(huì)產(chǎn)生7到8倍的電機(jī)額定電流。這個(gè)電流值將大大增加電機(jī)繞組的電應(yīng)力并產(chǎn)生熱量，從而降低電機(jī)的壽命。而變頻調(diào)速則可以在零速零電壓起動(dòng)(當(dāng)然可以適當(dāng)加轉(zhuǎn)矩提升)。一旦頻率和電壓的關(guān)系建立，變頻器就可以按照V/F或矢量控制方式帶動(dòng)負(fù)載進(jìn)行工作。使用變頻調(diào)速能充分降低起動(dòng)電流，提高繞組承受力，用戶最直接的好處就是電機(jī)的維護(hù)成本將進(jìn)一步降低、電機(jī)的壽命則相應(yīng)增加。
(2) 降低電力線路電壓波動(dòng)。
在電機(jī)工頻起動(dòng)時(shí)，電流劇增的同時(shí)，電壓也會(huì)大幅度波動(dòng)，電壓下降的幅度將取決于起動(dòng)電機(jī)的功率大小和配電網(wǎng)的容量。電壓下降將會(huì)導(dǎo)致同一供電網(wǎng)絡(luò)中的電壓敏感設(shè)備故障跳閘或工作異常，如PC機(jī)、傳感器、接近開關(guān)和接觸器等均會(huì)動(dòng)作出錯(cuò)。而采用變頻調(diào)速后，由于能在零頻零壓時(shí)逐步起動(dòng)，則能最大程度上消除電壓下降。
(3) 起動(dòng)時(shí)需要的功率更低。
電機(jī)功率與電流和電壓的乘積成正比, 那么通過工頻直接起動(dòng)的電機(jī)消耗的功率將大大高于變頻起動(dòng)所需要的功率。在一些工況下其配電系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了最高極限，其直接工頻起動(dòng)電機(jī)所產(chǎn)生的電涌就會(huì)對(duì)同網(wǎng)上的其他用戶產(chǎn)生嚴(yán)重的影響, 從而將受到電網(wǎng)運(yùn)行商的警告, 甚至罰款。如果采用變頻器進(jìn)行電機(jī)起停, 就不會(huì)產(chǎn)生類似的問題。
(4) 可控的加速功能。
變頻調(diào)速能在零速起動(dòng)并按照用戶的需要進(jìn)行平滑地加速，而且其加速曲線也可以選擇(直線加速、S形加速或者自動(dòng)加速)。而通過工頻起動(dòng)時(shí)對(duì)電機(jī)或相連的機(jī)械部分軸或齒輪都會(huì)產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)。這種振動(dòng)將進(jìn)一步加劇機(jī)械磨損和損耗，降低機(jī)械部件和電機(jī)的壽命。另外，變頻起動(dòng)還能應(yīng)用在類似灌裝線上，以防止瓶子倒翻或損壞。
(5) 可調(diào)的運(yùn)行速度。
運(yùn)用變頻調(diào)速能優(yōu)化工藝過程，并能根據(jù)工藝過程迅速改變，還能通過遠(yuǎn)控PLC或其他控制器來實(shí)現(xiàn)速度變化。
(6) 可調(diào)的轉(zhuǎn)矩極限。
通過變頻調(diào)速后，能夠設(shè)置相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩極限來保護(hù)機(jī)械不致?lián)p壞，從而保證工藝過程的連續(xù)性和產(chǎn)品的可靠性。目前的變頻技術(shù)使得不僅轉(zhuǎn)矩極限可調(diào)，甚至轉(zhuǎn)矩的控制精度都能達(dá)到3％~5％左右。在工頻狀態(tài)下，電機(jī)只能通過檢測(cè)電流值或熱保護(hù)來進(jìn)行控制，而無法像在變頻控制一樣設(shè)置精確的轉(zhuǎn)矩值來動(dòng)作。
(7) 受控的停止方式。
如同可控的加速一樣, 在變頻調(diào)速中, 停止方式可以受控，并且有不同的停止方式可以選擇(減速停車、自由停車、減速停車＋直流制動(dòng))，同樣它能減少對(duì)機(jī)械部件和電機(jī)的沖擊，從而使整個(gè)系統(tǒng)更加可靠，壽命也會(huì)相應(yīng)增加。
(8) 節(jié)能
離心風(fēng)機(jī)或水泵采用變頻器后都能大幅度地降低能耗，這在十幾年的工程經(jīng)驗(yàn)中已經(jīng)得到體現(xiàn)。由于最終的能耗是與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成立方比，所以采用變頻后投資回報(bào)就更快，廠家也樂意接受。
(9) 可逆運(yùn)行控制
在變頻器控制中，要實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)行控制無須額外的可逆控制裝置，只需要改變輸出電壓的相序即可，這樣就能降低維護(hù)成本和節(jié)省安裝空間。
(10) 減少機(jī)械傳動(dòng)部件
由于目前矢量控制變頻器加上同步電機(jī)就能實(shí)現(xiàn)高效的轉(zhuǎn)矩輸出, 從而節(jié)省齒輪箱等機(jī)械傳動(dòng)部件, 最終構(gòu)成直接變頻傳動(dòng)系統(tǒng)。從而就能降低成本和空間, 提高穩(wěn)定性。
三．PowerFlex7000中壓變頻器
AB高壓變頻器使用CSI-PWM技術(shù)，此技術(shù)已獲得多于2,400,000匹馬力現(xiàn)場(chǎng)安裝運(yùn)行記錄的驗(yàn)證。羅克韋爾自動(dòng)化/AB 是中/高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的主要供應(yīng)商，其產(chǎn)品電壓等級(jí)可從2300V到6900V，功率高達(dá)16,000匹馬力。CSI-PWM集電流源逆變功率結(jié)構(gòu)及脈寬調(diào)制模式的優(yōu)勢(shì)于一體，創(chuàng)造了與傳統(tǒng)六步方波電流源變頻截然不同的產(chǎn)品。CIS-PWM使用很少功率器件，系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠?？刂撇呗詾閹Щ虿粠y(cè)速反饋的直接矢量控制，其運(yùn)行效果近似直流驅(qū)動(dòng)裝置，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于電壓/頻率定比變頻器。
主要特點(diǎn)如下：
•可靠性高：AB CSI-PWM高壓變頻器品采用6500V/1500A的高壓SGCT器件，器件數(shù)量少，耐壓及電流裕量大。變頻器電壓等級(jí)高，變頻電流小，器件開關(guān)損耗少，設(shè)備安全可靠。
•輸入波形好：AB CSI-PWM高壓變頻器的輸入側(cè)采用多脈沖(18脈沖) 整流器。18脈沖整流器可對(duì)17次以下的高次諧波進(jìn)行有效的抑制，總體諧波畸變THD小于5%，不需諧波分析及外加濾波環(huán)節(jié)，可直接滿足IEEE519-1992及國(guó)標(biāo)的諧波抑制標(biāo)準(zhǔn)。
•輸出波形好：AB CSI-PWM高壓變頻器無需增加任何選項(xiàng)，可直接輸出完美的正弦電壓和電流波形，不存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，無潛在共振問題。逆變時(shí)無dv/dt及di/dt的產(chǎn)生，諧波畸變THD小于5%，可直接拖帶普通高壓電動(dòng)機(jī)，電機(jī)無額外溫升，連接變頻器及電機(jī)之間的距離可長(zhǎng)達(dá)15km。
•四象限運(yùn)行：AB CSI-PWM高壓變頻器固有能量回饋能力，可將降速工況(發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài))下負(fù)載反饋回的能量回送電網(wǎng), 利用再生制動(dòng)快速降低電機(jī)轉(zhuǎn)速。電流型變頻器具有電流內(nèi)環(huán)，可利用強(qiáng)大的電流控制能力快速調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，特別適用需頻繁快速調(diào)節(jié)的大慣性負(fù)載(風(fēng)機(jī))的控制。
•使用簡(jiǎn)單：AB CSI-PWM高壓變頻器使用大屏幕液晶顯示的操作員終端, 中文界面。變頻器的狀態(tài)、輸入輸出變量、自診斷結(jié)果、故障報(bào)警均可顯示在屏幕上, 信息量大。通過終端上的鍵盤，可輕松對(duì)變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置及工作方式的組態(tài)。
•維護(hù)方便：AB CSI-PWM高壓變頻器使用高集成度的SGCT器件及專利產(chǎn)品PowerCage機(jī)架，提高了系統(tǒng)模塊化程度，友善的人機(jī)界面提供了所有的維護(hù)信息，從而保證了功率模塊的更換時(shí)間小于5分鐘。
• 通訊能力強(qiáng)：AB CSI-PWM高壓變頻器總共提供16個(gè)數(shù)字量DI接口及16個(gè)數(shù)字量DO接口，根據(jù)用戶需要，變頻器可提供4-20mA或4-10V模擬量輸入輸出接口。變頻器可配置各種數(shù)據(jù)串行通訊接口，提供開放的網(wǎng)絡(luò)與廠級(jí)監(jiān)控設(shè)備(DCS，PLC，值班室操作站)進(jìn)行通訊。變頻器內(nèi)的變量、參數(shù)可傳給其他監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行記錄、顯示或參與控制。變頻器通訊接口選項(xiàng)豐富，用戶可根據(jù)需要選其中之一，如 ：DeviceNet, Proi bus，Modbus，Remote IO, ContrlNet及RS-232/485等。
四．燒結(jié)工藝
原料廠鐵礦粉、富精粉、燃料、溶劑按比例混合，然后送圓筒混料機(jī)進(jìn)行二次混勻和造球，由皮帶運(yùn)輸機(jī)送到燒結(jié)機(jī)混料倉，完成供料工藝。鋪底料裝置先把底料(原塊礦，粒度為10-20mm)均勻的鋪在臺(tái)車的篦條上，混好的料由布料器鎮(zhèn)靜文不對(duì)題底料上進(jìn)行點(diǎn)火燒結(jié)，從臺(tái)車上的燒結(jié)礦翻到單輥破碎機(jī)進(jìn)行破碎。通過漏斗溜到設(shè)在下層平臺(tái)的熱振動(dòng)篩中進(jìn)行篩分，≥5mm的合格燒結(jié)礦通過溜槽溜到儲(chǔ)礦槽，供高爐使用。≤5mm的粉礦，通過配料皮帶機(jī)進(jìn)行重新配料，燒結(jié)過程產(chǎn)生的廢氣，除塵器除塵后，經(jīng)風(fēng)機(jī)抽入煙囪，排入大氣。
其中抽風(fēng)除塵系統(tǒng)由降塵管、旋風(fēng)除塵器、多管除塵器、水除塵器、主抽風(fēng)機(jī)、管路及煙囪組成。在燒結(jié)抽風(fēng)過程中產(chǎn)生的煙氣及灰塵和抽風(fēng)冷卻過程中產(chǎn)生的廢氣及灰塵(灰塵約0.5-3g/立方米)通過風(fēng)箱進(jìn)入降塵管，降塵管(50mm以上)除掉，經(jīng)除塵客除塵后的煙氣及灰塵進(jìn)入除塵器進(jìn)行二次除塵，灰塵經(jīng)除塵器的卸灰閥排到運(yùn)輸小車上運(yùn)到配料室料倉參與配料。機(jī)尾除塵系統(tǒng)由多管除塵器、抽風(fēng)機(jī)及煙囪組成。燒結(jié)礦翻入單輥破碎機(jī)進(jìn)行破碎和熱礦篩，篩分時(shí)所產(chǎn)生的灰塵通過多管除塵器塵后由煙囪排入大氣。
五．方案介紹
鞍鋼鲅魚圈燒結(jié)有二臺(tái)405M2燒結(jié)機(jī)，兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)是分開的。每個(gè)燒結(jié)機(jī)有兩臺(tái)主抽風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)為SJ21000，對(duì)應(yīng)電機(jī)為7800KW同步有刷電機(jī)，兩臺(tái)主抽風(fēng)機(jī)同時(shí)工作燒結(jié)機(jī)才能生產(chǎn)。風(fēng)機(jī)室是分別獨(dú)立的兩個(gè)風(fēng)機(jī)室，有兩個(gè)高壓變電所。
每臺(tái)燒結(jié)機(jī)各安裝1套R(shí)A的中壓變頻器，主要功用是做軟起動(dòng)。在正常情況下每臺(tái)燒結(jié)機(jī)由自身的變頻器分別起動(dòng)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，在一臺(tái)變頻器發(fā)生故障時(shí)，由另一臺(tái)變頻器起動(dòng)另一系統(tǒng)的兩臺(tái)風(fēng)機(jī)。所以本系統(tǒng)要完成1拖4，并且要完成2臺(tái)1拖4互為冗余，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的難度是非常大的，也是亞太地區(qū)唯一的1拖4系統(tǒng)。
在整體鲅魚圈燒結(jié)涉及到RA及國(guó)內(nèi)產(chǎn)品主要有：RA-MV提供2臺(tái)PF7000-430A變頻器、4臺(tái)同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)、2臺(tái)6KV變頻輸出開關(guān)柜，1套高壓柜切換控制系統(tǒng)；鞍山海匯提供了2套(4臺(tái))6000KVA的干式變壓器、2套風(fēng)機(jī)儀控保護(hù)系統(tǒng)、4套風(fēng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(ENTEK)、風(fēng)機(jī)室一次檢測(cè)儀表、2套HMI、2套手自動(dòng)切換和控制的操作臺(tái)、28套Point I/O(高壓柜切換控制)；為了滿足生產(chǎn)調(diào)試和維護(hù)的需要，我們提供了1套高壓柜切換控制系統(tǒng)、大風(fēng)機(jī)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷管理
