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1 前言
隨著冷鋼生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，在生產(chǎn)設(shè)備控制上也不斷采用新的控制理念及技術(shù)。利用變頻器傳動(dòng)的交流電機(jī)所構(gòu)成的調(diào)速控制系統(tǒng)，以其節(jié)能，提高生產(chǎn)率，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等優(yōu)勢(shì)而在冷鋼得到廣泛使用。本文特結(jié)合煉鋼廠70t轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置，對(duì)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)簡(jiǎn)要進(jìn)行介紹。
2 轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)型式及特點(diǎn)
煉鋼廠70t轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置采用全懸掛式四點(diǎn)傳動(dòng)式，其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備布置緊湊，占地小，安裝難度較低。在實(shí)際生產(chǎn)操作過(guò)程中，需對(duì)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置進(jìn)行頻繁的起動(dòng)、制動(dòng)及加減速操作，所以對(duì)傾動(dòng)裝置的控制精度及系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間有很高的要求。
3 轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)負(fù)載特性及電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)分析
根據(jù)轉(zhuǎn)爐控制工藝要求，轉(zhuǎn)爐的傾動(dòng)角度為正反360°，當(dāng)轉(zhuǎn)爐爐口與爐底方向軸線與地平面垂直時(shí)為垂直狀態(tài)，故轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)負(fù)載力矩為角度的函數(shù)，即Tfz＝f（θ），屬于反阻性的位能負(fù)載。另外，根據(jù)工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明，轉(zhuǎn)爐按正力矩設(shè)計(jì)，即轉(zhuǎn)爐的耳軸下部比上部高，下部比上部重，從而保證轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置的實(shí)際操作中，進(jìn)行倒渣或出鋼時(shí)，可能出現(xiàn)負(fù)力矩。當(dāng)轉(zhuǎn)爐爐體處于正力矩狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)爐爐體處于負(fù)力矩狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于回饋制動(dòng)狀態(tài)，傾動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和負(fù)載特性如圖1所示：
4 變頻器在轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置控制系統(tǒng)的應(yīng)用情況
4.1 變頻器的選擇
根據(jù)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置這種負(fù)載特性，選用變頻器的最重要的原則是變頻器必須具有在滿載或過(guò)載時(shí)輸出恒定轉(zhuǎn)矩的功能。這是因?yàn)檗D(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置具有大的慣性及四象限運(yùn)行的負(fù)載特性。在實(shí)際過(guò)程中，隨轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)角度的變化及爐內(nèi)所裝鋼水的流動(dòng)造成其負(fù)載特性發(fā)生變化。此時(shí)電動(dòng)機(jī)可能處于再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，所要求具有再生發(fā)電制動(dòng)功能。冷鋼70t轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置選用的是瑞典ABB公司生產(chǎn)的ACS800系列變頻器及相應(yīng)的制動(dòng)斬波器與制動(dòng)單元系統(tǒng)。其主回路如圖2所示：
4.2 變頻器控制原理
ACS800變頻器是通過(guò)充分利用直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）系統(tǒng)及其主／從控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。
4.2.1 變頻器的直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）系統(tǒng)
通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)磁通幅值和轉(zhuǎn)矩值，分別與磁通和轉(zhuǎn)矩給定值相比較，由磁通和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器直接輸出所需電壓負(fù)量值。該系統(tǒng)由速度控制環(huán)和轉(zhuǎn)矩控制環(huán)組成，其中轉(zhuǎn)矩控制環(huán)是該系統(tǒng)的控制中心。并且 根據(jù)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)負(fù)載特性的要求，具有在啟動(dòng)轉(zhuǎn)爐時(shí)，必須保證變頻器在輸出的轉(zhuǎn)矩值達(dá)到負(fù)載轉(zhuǎn)矩值時(shí)，方可發(fā)出制動(dòng)打開(kāi)信號(hào)。
4.2.2 變頻器主／從控制系統(tǒng)。
轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置為四點(diǎn)全懸掛式結(jié)構(gòu)，它由四臺(tái)55Kw變頻電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。四臺(tái)電動(dòng)機(jī)的輸出軸通過(guò)減速器的齒輪剛性連接相互耦合在一起，所以必須充分保證負(fù)載能夠均勻分配在四臺(tái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)之間，使得四臺(tái)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度及轉(zhuǎn)矩值基本一致。利用四臺(tái)控制變頻器所具有的主／從控制功能來(lái)保證負(fù)載可以均勻地分配在傳動(dòng)單元之間。
從圖3可以看出：在四臺(tái)變頻器之間，通過(guò)光纜串行通訊鏈路組成一個(gè)環(huán)行結(jié)構(gòu)網(wǎng)。在環(huán)行結(jié)構(gòu)網(wǎng)中，由轉(zhuǎn)爐PLC控制系統(tǒng)對(duì)環(huán)行結(jié)構(gòu)中四臺(tái)變頻器確定一臺(tái)主機(jī)及三臺(tái)從機(jī)，在主機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)由轉(zhuǎn)爐自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)主機(jī)確定信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)切換。轉(zhuǎn)爐自動(dòng)控制系統(tǒng)所發(fā)了的轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)操作信號(hào)只與主機(jī)連接，再由主機(jī)通過(guò)光纜串行通訊鏈路來(lái)控制三臺(tái)從機(jī)。
5 結(jié)語(yǔ)
用變頻器來(lái)控制轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)系統(tǒng)，改善了轉(zhuǎn)爐起動(dòng)階段時(shí)對(duì)設(shè)備的沖擊，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，減少了配件的更換，節(jié)約了使用成本，提高了生產(chǎn)效益。同時(shí)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)系統(tǒng)屬于頻繁起動(dòng)的設(shè)備，由于降低了起動(dòng)電流，所以就減少了起動(dòng)階段的能耗，達(dá)到了節(jié)能的效果。
由于變頻調(diào)速技術(shù)的介入，轉(zhuǎn)爐冶煉自動(dòng)控制系統(tǒng)邁上了新的臺(tái)階。
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