随着电力电子与计算机技术的发展，使得变频器的性能更趋完善。作为对交流电动机的一种控制方法，近年来在电气传动领域中得到广泛的应用。在中、小高炉上料车的常规电气传动方式中，一般分为：交流和直流电动机传动，比较常用的传动方式为：三相交流绕线式异步电动机。几年来在新建和改造的300M3以下高炉上料传动系统中，应用了变频器。运行实践证明：传动系统的效率得到较大提高，满足了生产工艺的需求。
一、常规电器电气传动系统 上料车采用三相交流绕线式异步电动机，继电器---接触器控制方式，电机转子串电阻调速。该系统在运行过程中存在不足：
（1） 继电器---接触器控制，元器件多，线路接点多，运行中故障率高，系统的运行正常受到影响。
（2） 转子串电阻使得机械特性变软，对负载的变化适应性差。调速过程中消耗在转子回路中的电能随转速的降低而增加，转速俞低同时电机的效率俞差。减速时电机存在的再生发电效应，对电网产生影响。
（3） 起动加速时冲击力较大且变化不均匀，造成传动机械设备较大的冲击，影响机械设备的使用寿命，严重时损坏机械设备，造成事故。
（4） 受供电电网波动影响，低于360 V 时，料车在料量较重的情况下启动较困难，严重时甚至启动不起来。
（5） 受装置一定影响，其上料速度不可调整，较难适应高炉工艺技术的需求。
(6) 由于上料车内的物料重量变化较大，料车到达上、下位置停车点的行程不易调整，易出现冲过行程位置现象。
转子串电阻调速系统固有的特性，已满足不了高炉稳产、高产的需求。上料车交流电气传动系统应用变频器是解决上诉问题不足的有效途径之一。
二、变频器控制交流电气传动系统 高炉上料车调速属恒转矩调速。实现恒转矩调速，需保持电动机电动势与频率成正比。变频器的输出特性：输出电压U与频率F成正比。变频器在基频0 ~ f0之间（如图一示）, 可基本视为恒转矩调速。即适应上料车的调速性能。
（1）三相交流异步电动机
型号：YZR280M-8 功率： 75KW
电压： 380V
频率：50HZ 电流： 150 A 转速： 720 转/分
将转子输出端采用导线短接，以使用该类型电动机的高转矩特性。
（2）变频器的选择
型号：ACS604-0140-3 （负载特性：重载）
技术参数：
1、负载周期（2/15S）： I2hd 178 A
I2hdmax 356 A
2、Shd 120 KVA 3、Phd 90 KW
4、Phd 125 HP 5、频率分辨； 0.01 HZ
6、功率极限： 1.5 Phd 7、过流保护： 3.5 I2hd
8、弱磁点： 8～300 HZ；。 9、开关频率： 3 KHZ
10、电机电缆推荐长度： 300 米。
11、输入侧电源保护： 快速熔断路器。
12、软件应用： 标准工厂宏应用程序。
（3）外部装置与控制连接
变频器装于具有密闭措施的GGD型柜体内，按变频器使用要求柜内装置排风扇通风冷却。根据实际需求，选择外部集中控制。系统为开环控制；变频器控制端子输入均为开关量，输出主要为开关量控制、模拟量监测。同时，部分开关量、模拟量送入高炉上料系统PLC以实现高炉上配料过程自动化。
上料车在减速或外部机械制动器制动时，电动机产生再生回馈发电效应。再生的电能通过变频器内部的半导体器件造成直流母线的电压生高，快速生高的电压靠变频器的内部阻容吸收回路已不能迅速抑制，若直流母线电压超过过压控制极限，变频器过压报警，严重时将损坏内部功率器件。因此，外部加装放电部件装置以抑制变频器内直流母线的过电压，保护变频器。
（4）变频器主要参数选择
序号参数组参 数 选 择参 数 值
110.01EXT1 STRT/STP/DIRDI1,2
2 .02EXT2 STET/STP/DIRNOT SEL
312.01CONST SPEED SELSEL DI5,DI6
4 .02CONST SPEED1750
5 .03CONST SPEED2150
615.01ANALOGUE OUTPUT1SPEED
7 .03MINIMUM A014
8 .06ANALOGUE OUTPUT2CURRENT
9 .08INIMUM AO24
1020.01MINIMUM SPEED -750
11 .02MAXIMUM SPEED+750
1222.01ACC/DEC 1/2 SELACC/DEC 1
13 .02ACCELER TIME 15
14 .03DECELER TIME 13
15 .04ACCELER TIME 25
序号参数组参 数 选 择参 数 值
16 .05DECELER TIME 23
1730.01AI
18.02PANEL LOSSFAULT
19 .03EXTERNAL FAULTNOT SEL
20 .04MOT THERM PROTNO
21 .05MOT THERM P MODE DTC
22 .06MOTOR THERM TIME5044.15 S
23 .07MOTOR LOAD CURVE100%
24 .08ZERO SPEED LOAD74%
25 .09BREAK POINT45 HZ
26 .10 STALL FUNCTIONFAULT
27 .11STALL FREQ HI20 HZ
28 .12STALL TIME20 S
29 .13UNDERLOAD FUNCNO
3099.01LANGUAGEENGLISH
31 .02APPLICATION WACRO FACTORY
32 .03APPLIC RESTORE NO
33 .04MOTOR CTRL MODEDTC
34 .05MOTOR NOM VOLTAGE380 V
35 .06MOTOR NOM CLRRENT150 A
36 .07MOTOR NOM FREQ50 HZ
37 .08MOTOR NOM SPEED720 rpm
38 .09 MOTOR NOM POWER 75 KW
39 .10MOTOR NOM RUNNO
4030.14UNDERLOAD TIME600 S
41 .15UNDERLOAD CURVE1
42 .16MOTOR PHASE LOSSNO
43 .17ERATH FAULTFAULT
44 .18COMM FAULT FUNCFAULT
45 .19MAIN REF DS T-OUT3 S
46 .20COMM FAULT RO/AOZERO
47 .21AUX REF DS T-OUT3 S
三、运行效果
变频调速和转子串电阻调速的数据测定。
（1）数据比较
名 称转子串电阻调速变频器调速 （电源侧）
起 动运 行起 动运 行
电 流 A 330138 10236
起动时间 S 12 5
停车速度 n/min 346 150
运行时间 S 25～2919～22
注： ① 表中电流用DM6016数字电流表实测。
② 表中数据是在料车内重物：2200 KG时实测。
（2）参数曲线对比
①料车速度：（图示二）
注：频率上限：55HZ
②电流： （图示三）
上述实测变频器电流数据为：变频器的电源侧。
（3）运行效果
1、上料车运行过程时间缩短，加快上料速度，满足高炉的工艺要求。
2、上料车的无级调速，使其起动平稳，加、减速过程中减少了设备的冲击，延长了机械设备的使用寿命。
3、加、减速时间可调，使得料车在负载变化情况下，定位停车调整方便，提高运行的效率。
4、节省电能约30%左右，同时，起动电流的降低减少了对电网的冲击影响。
5、变频器的通讯接口与计算机连接，使得变频器的运行参数、状况得到监控。
四、 运行过程中问题的解决几措施（1）上料车运行中料钟内物料检查的设置
上料车运送物料至炉顶料钟室内是按工艺技术要求：即按料制、周期循环进行的。炉顶小料钟室内容积有限，只允许存放一车物料，否则将造成炉顶下料机械设备损坏。为防止两车物料同时放入小料钟室内。上料车在运行至炉顶的过程中，系统PLC发出检查指令：（此点称：料钟检查点）判断料钟室内的物料是否已进入炉内以及是否允许下一车物料的进入。否则，系统PLC发出上料车停车指令。（逻辑图见图四）
调试中发现：原料钟检查点距小料钟室较近处，意为加快上料速度。但运行中发现由于受各种因素：如物料重量的变化等影响，在小料钟有料PLC判断后发出指令料车停车时；由于已接近炉顶处，此时料车停车时产生忽高忽低的现象，易产生“冲顶挂车”的现象。实际运行中将其检查点改在上料车行程的前半部。实际效果：即满足了生产工艺上料的速度要求；又进一步提高了上料车运行的可靠性、稳定性。
（2）“溜车”现象的处理及措施
在运行中，上料车出现“溜车”现象，造成机械设备损坏致使停产。现象分析：由于在配料过程中电子称突然出现较大的误差，以致于上料车起动时负载突然变大，变频器内部输出功率组件的换流时间调整不及时，致使上料车起动后，克服不了负载力矩，经过较短时间后形成上料车下滑“溜车”现象发生。如图五中机械特性曲线F点所示：
电机起动运行后，正常按曲线2运行至A点，由于负载因素影响，如：负载力矩突然增大，其实际运行仍保持在Z点。此时，变频器的输出特性已达到曲线2的特性，在曲线2的作用下，电动机将沿Z点向F点变化，造成上料车下滑“溜车”现象发生。
通常经过调整变频器转矩补偿功能参数，增加转矩（IR补偿）的方法，可以解决该问题。ACS600系列变频器两种控制模式：DTC（直接转矩控制）和SCALAR（标量控制模式），在选用标量控制模式时，转矩补偿（IR补偿）作用有效。实际运行中因其它因素和功能选择，控制模式为：DTC，故转矩补偿（IR补偿）无法实现。
在变频器的外部控制采取措施：系统PLC发出起动变频器指令，同时发出延时（时间值大小以现场调试为准）的另一指令以控制机械制动闸在电动机上电时缓开。当变频器的输出达到图六所示的A点时（约15%的额定力矩）：机械制动闸打开，电动机按图六中V/F特性曲线的A点开始，上料车“溜车”的问题得到解决。
应注意的几点：
1、须使用变频器的转矩补偿功能，以适应负载变化要求的调整，其补偿的参数值大小应视实际情况确定其值为好。
2、若变频器的转矩补偿功能因客观因素不能使用，应采取前述或其它方法，以提高对负载力矩的变化的调整能力。
3、加装检测装置：如编码器（正、反向检测）等方法，防止运行中的伤料车出现异常并立即停车。
（3）抗干扰措施
变频器采用PWM控制逆变技术电路，其输出电压含有较强的高次谐波，极易干扰附近的电子设备。如对电子称的采样电路的干扰，其产生称量误差，影响料制的准确性。同时，对变频器本身的模拟量输入信号也产生误差影响。排除干扰采取措施如下：
1、设置进线滤波器（B84143-B320-S20）抑制谐波，滤波器外壳可靠接地。同时电机电缆的金属屏蔽层接地，抑制干扰。如采用其它三相滤波器须满足以下要求：
A、高次谐波充分削弱 B、正确的电压额定值
C、频率50/60HZ D、连续电流： > 1.5Ie
E、过载电流： > 1.5 Ie
2、控制电缆使用屏蔽电缆，屏蔽一端接地，另一端悬空。电缆走向不要并行敷设，不应放在同一个线槽中，电缆线路相交时要成直角。
3、模拟信号的输入：信号与地之间应加钽电容滤波，其电容的量值以最大限度的滤除谐波为最佳。可用示波器观察滤波效果。
（4）电动机加、减速时间的设定
电动机加速时间：电动机从起动到设定转速的时间，即变频器输出频率由零上升到工作频率的时间。反之，为电动机减速时间。其时间t可由下式计算：
GD2 * ng
t = ------------------------------
375 * (M-Mg)
式中：
加 速 时 间减 速 时 间
t = tqg 加速时间t=tzg 减速时间
M=MD 电机加速力矩M=MZ 电机制动力矩
MD=(1.2~1.3) MeMZ=(0.2~0.3) Me
Me 额定转矩Me 额定转矩
Mg=Mj 负载静态阻转矩Mg=Mj 负载静态阻转矩
ng 工作转速ng 工作转速
GD2 电机转子飞轮力矩GD2 电机转子飞轮力矩
将tqg折算到从零升到额定转速ned 的时间tqe：
ned
tqe= ----------------- * tqg
ng
将tzg折算到从额定转速ned 将至零转速需要的时间tze：
ned
tze= ----------------- * tzg
ng
在实际调试中，以此时间值为基准上料车装料进行调整。应注意两个问题：一是时间不易过短，否则出现直流制动过电压保护，变频器停止输出。二是要充分使整个上料系统的运行有时间裕量，保证上料量的输送。因此，实际时间值以现场的数据为准。
（5）安装、使用及维护
采用一台或两台变频器互为备用的方式，应视设备的重要程度而定。根据实践：上料车应选用两台互为备用方案。其转换操作应简洁、可靠、准确互不影响。如果选用一台变频器其备用为其它方式，应注意两套方式性能的一致性。同时，也应保证其转换可靠、准确。两台变频器应作定期的轮换使用，以保证备用机的良好状态。要注意对备用机的检查，防止外界因素、如：鼠害等对其的损坏。
变频器的使用对环境的震动、灰尘、电磁干扰、腐蚀、温度等有一定的要求。在安装时应充分注意，如：采用排风扇通风降温等；平常应注意使用环境，进行内部灰尘的清扫，并上电检查状况。变频器的金属壳体应接地良好，其接地电阻小于4欧姆。
变频器的逆变输出部分：IGBT大功率驱动模块，对于三相输出其有6个大功率晶体管模块组成，任意一个模块功率组件的损坏，将导致变频器不能工作，在其内部均有一定的保护措施，使用时应在电源进线输入侧加装快速熔断器；电子元器件对电压的浪涌非常敏感使用时应注意所用电源的稳定性；完善供电系统的避雷措施。
变频器在实际应用中，应注意输出频率与电动机要求的转速范围相匹配：既变频器的频率输出与电动机的超、低速运行性能的范围。通用电动机的超速性能为不高于额定转速的120 % ，小于2分钟，若时间过长会导致电动机机械性能使用寿命下降。低速运行时，不允许低于额定转速的15%，若运行时间过长，电动机将发热严重导致电机绕组绝缘老化损害电动机。实际使用时，电动机应工作在额定转速70%左右为佳。若转速低于此范围，可以调整电动机的极数来配合。
变频器在上电时，应严格按照技术手册规定操作。否则，会导致变频器故障。如：ACS600系列变频器规定：接通主电源时不能在10分钟内连续起动5次。实例之一：调试中忽略此点，造成内部起动电阻发热损坏以致于变频器不能使用。
五、结束语 高炉上料车传动系统采用变频器与转子串电阻调速相比：改善了设备的运行条件，延长了机械设备的使用寿命；运行中更加稳定、可靠、准确，实用性能好；节能效果显著；系统运行效率高。
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2008-03-16
