變頻調(diào)速及其控制系統(tǒng)

燒結(jié)廠的變頻調(diào)速的應(yīng)用主要有三類(lèi)：

(1)需要調(diào)速的三相低壓中小功率的異步電動(dòng)機(jī)，如圓盤(pán)給料機(jī)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)；

(2)需要調(diào)速的三相高壓異步電動(dòng)機(jī)，如余熱回收風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)；

(3)不需要調(diào)速的大功率的；為減少起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊和減少跳閘，而需設(shè)置軟起動(dòng)的異步或同步電動(dòng)機(jī)，如一二次混料機(jī)、主抽風(fēng)機(jī)等的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。下面將舉例說(shuō)明。

A 圓盤(pán)給料機(jī)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速及其控制系統(tǒng)

圓盤(pán)下料量閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)原理圖見(jiàn)圖1圖中圓盤(pán)給料機(jī)把料落到電子皮帶秤上，電子秤檢測(cè)實(shí)際的下料量即過(guò)程變量PV，設(shè)定值SP是根據(jù)燒結(jié)機(jī)的需求量與各種原料的配比關(guān)系計(jì)算得到的。通過(guò)PID或SM1TH和變頻調(diào)速裝置調(diào)節(jié)圓盤(pán)給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，反過(guò)來(lái)圓盤(pán)給料機(jī)的轉(zhuǎn)速引起下料量發(fā)生變化使系統(tǒng)形成一個(gè)閉環(huán)。

B 余熱回收風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速及其控制系統(tǒng)

燒結(jié)余熱回收風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般為功率較大的高壓繞線型電動(dòng)機(jī)(如寶鋼一期工程450m2燒結(jié)機(jī)的燒結(jié)余熱回收風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為880kW電壓3kV，按工藝生產(chǎn)的要求，需要調(diào)速以控制其風(fēng)量，過(guò)去是采用晶閘管串級(jí)調(diào)速方式、由于串級(jí)調(diào)速裝置的總功率因數(shù)很低、在低速運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)更低、為提高功率因數(shù)要在主回路采用多重化或增加相數(shù)等措施或裝設(shè)補(bǔ)償?shù)碾娙萜�，故現(xiàn)在已基本上改用變頻調(diào)速了。

余熱回收風(fēng)機(jī)是將鼓風(fēng)型環(huán)式冷卻機(jī)給礦部冷卻區(qū)所排出的高溫氣體送往點(diǎn)火爐及保溫爐、作為燃燒用的熱空氣。對(duì)該風(fēng)機(jī)的風(fēng)量控制，生產(chǎn)工藝的要求是：

(1)保持點(diǎn)火裝置合適的煤氣)空氣比例、并按冷卻機(jī)排氣的壓力和溫度進(jìn)行校正。

(2)隨點(diǎn)火裝置的煤氣燃燒量變化而變動(dòng)、煤氣燃燒量則取決于燒結(jié)臺(tái)車(chē)速度等參數(shù)。

(3)在剛點(diǎn)火時(shí)、冷卻機(jī)排氣溫度較低、其燒嘴的燃燒量為額定值的1/3左右，風(fēng)量應(yīng)與此適應(yīng)，為此在剛點(diǎn)火時(shí)采用了轉(zhuǎn)速控制和閥門(mén)控制相結(jié)合的方式，這在使用晶閘管串級(jí)調(diào)速方式時(shí)是必要的，在使用變頻調(diào)速時(shí)，閥門(mén)可全開(kāi)，不必參與控制。

余熱回收風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，亦即驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨點(diǎn)火裝置的助燃空氣量而變、其中主要是高壓大功率的變頻調(diào)速裝置�？梢赃x用各個(gè)電氣公司生產(chǎn)的變頻調(diào)速裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)、這要看各個(gè)用戶的客觀情況和要求來(lái)定，其特性結(jié)構(gòu)如下：

(1)額定功率可選、調(diào)速范圍為1：16.5，可使用中壓變頻裝置、電動(dòng)機(jī)電壓為3.3kV，

(2)整個(gè)變頻器包括整流變壓器隔離變壓器(整流器)、直流電容器、高壓IGBT管組成的逆變器、電流電壓檢測(cè)用的電流電壓互感器、正弦波輸出濾波器以及控制系統(tǒng)等。

(3)主回路部分。包括一個(gè)一次側(cè)有30度電角相移的三繞組變壓器，為電網(wǎng)側(cè)提供12脈沖的變頻裝置以便有效地減少對(duì)電網(wǎng)的諧波影響，其隔離變壓器是油浸式，阻抗電壓6%，附有油溫監(jiān)測(cè)器、呼吸器和浮點(diǎn)繼電器等、變頻器的逆變器是由高壓IGBT管和嵌位二極管組成一個(gè)“三電平”的電壓源型逆變器，通過(guò)適當(dāng)?shù)膶?dǎo)通與關(guān)斷進(jìn)行變頻，并讓電機(jī)的三相繞組與直流電源的“+”；“-”和“零”電平相應(yīng)接通，這種電路的優(yōu)點(diǎn)是加到每個(gè)功率元件的功率是普通“二電平”逆變器中功率元件的一半。

(4)控制部分。它使用德國(guó)西門(mén)子公司的SIMASYN-D控制系統(tǒng)，全數(shù)字式，對(duì)于變轉(zhuǎn)矩或變速系統(tǒng)是通過(guò)比較頻率設(shè)定值和實(shí)際值，用其差值來(lái)調(diào)整的，頻率的實(shí)際值是通過(guò)測(cè)量電機(jī)的實(shí)際電壓和電流值后計(jì)算得出，故無(wú)需測(cè)速電機(jī)、變頻器設(shè)有下列操作裝置：

1)輸出頻率操作裝置；

2)輸出電壓操作裝置；

3)輸出電流操作裝置；

4)燈光指示裝置，如準(zhǔn)備就緒、運(yùn)行、報(bào)警、故障、就地操作和遠(yuǎn)程操作等；

5)各種選擇開(kāi)關(guān)，用于就地，遠(yuǎn)程操作選擇、開(kāi)動(dòng)、停止和緊急停止等選擇和操作；

6)操作面板、它裝在變頻器的門(mén)上，有一個(gè)液晶顯示器，可給操作員和檢修人員一個(gè)快捷及明了的重要信息概況顯示可給出所有測(cè)量值以及它的正確值。報(bào)警信息文字顯示和緩沖存儲(chǔ)以及報(bào)警識(shí)別，其他外部處理信號(hào)可通過(guò)相應(yīng)模塊或共用總線。

(5)保護(hù)系統(tǒng)及自診斷。為保護(hù)裝置本身和系統(tǒng)中的關(guān)鍵元部件，以免損壞，設(shè)有一個(gè)綜合保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)能發(fā)出各種不同的信號(hào)，這些信號(hào)有兩類(lèi)；

1)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，但不立即跳閘的故障，如運(yùn)行錯(cuò)誤或允許再起動(dòng)、控制電壓偏低、電源欠壓、速度控制丟失IGBT觸發(fā)故障、變壓器故障報(bào)警、電機(jī)繞組超溫、電機(jī)軸承過(guò)溫等；

2)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并立即跳閘的故障，如供電電壓太高(太低)內(nèi)外部短路，IGBT立即關(guān)閉)、過(guò)流)、接地故障、直流環(huán)節(jié)過(guò)壓或欠壓(失相保護(hù))、控制電壓故障、微處理器故障、冷卻丟失等。所有這些故障報(bào)警均在操作面板上顯示，

C 一、二混料機(jī)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速軟起動(dòng)控制系統(tǒng)

為了消除因起動(dòng)電流過(guò)大(特別是混料機(jī)筒內(nèi)有料時(shí)，發(fā)生的起動(dòng)跳閘故障，采用軟起動(dòng)電氣控制系統(tǒng)，對(duì)電機(jī)的起動(dòng)電流進(jìn)行控制。軟起動(dòng)器作為軟起動(dòng)控制系統(tǒng)的核心設(shè)備，采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電機(jī)定子之間，通過(guò)控制電機(jī)端電壓，達(dá)到調(diào)速和控制電機(jī)的目的，使用軟起動(dòng)器起動(dòng)電機(jī)時(shí)，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速直至晶閘管全導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑起動(dòng)，降低其起動(dòng)電流，從而避免起動(dòng)過(guò)流跳閘，待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，起動(dòng)過(guò)程結(jié)束，軟起動(dòng)自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長(zhǎng)軟起動(dòng)器的使用壽命及提高其工作效率，軟起動(dòng)器同時(shí)還提供軟停車(chē)功能，軟停車(chē)與軟起動(dòng)過(guò)程相反，電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)速逐漸下降到零。

自動(dòng)工作方式時(shí)：把選擇開(kāi)關(guān)JXK轉(zhuǎn)到“自動(dòng)”位置：其接點(diǎn)JXK-2、JXK-3閉合，控制電源經(jīng)過(guò)ZK1-熔斷器RD-安全開(kāi)關(guān)AK-JXK-2接點(diǎn)-接通PC工作方式繼電器PZJ-PZJ向PLC發(fā)送自動(dòng)工作信號(hào)-PLC通過(guò)接點(diǎn)PJ1開(kāi)閉來(lái)控制運(yùn)行繼電器ZJ線圈，ZJ線圈得電吸合，其常開(kāi)點(diǎn)ZJ-1自鎖，常閉點(diǎn)ZJ-2斷開(kāi)，常開(kāi)點(diǎn)ZJ-3閉合,軟起動(dòng)器接起動(dòng)指令軟起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，ZJ線圈失電釋放,常閉點(diǎn)ZJ-2閉合：常開(kāi)點(diǎn)ZJ-3斷開(kāi)，軟起動(dòng)器接停車(chē)指令對(duì)電機(jī)進(jìn)行軟停車(chē)。手動(dòng)工作方式時(shí)，把選擇開(kāi)關(guān)JXK轉(zhuǎn)到“手動(dòng)”位置，其接點(diǎn)JXK-1閉合，由人工按起動(dòng)按鈕QA使ZJ線圈得電吸合,按停車(chē)按鈕TA使ZJ圈失電釋放,其他與自動(dòng)工作方式同.

軟起動(dòng)器在電機(jī)起動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)控電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)：當(dāng)出現(xiàn)電機(jī)缺相、過(guò)載和過(guò)流等故障時(shí)：通過(guò)外接報(bào)警器鳴叫報(bào)警：并自動(dòng)停機(jī)(過(guò)載時(shí)延時(shí)停機(jī)),從而對(duì)電機(jī)進(jìn)行有效保護(hù)。

D 主抽風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用同步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速軟起動(dòng)控制系統(tǒng)

起動(dòng)過(guò)程如下：

(1)由控制系統(tǒng)發(fā)出允許起動(dòng)的信號(hào)；

(2)同步電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)開(kāi)始工作，同步電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)采用無(wú)刷勵(lì)磁方式(無(wú)刷勵(lì)磁場(chǎng)的建立過(guò)程為，與轉(zhuǎn)軸同軸的交流勵(lì)磁機(jī)產(chǎn)生的交流電經(jīng)過(guò)安裝在轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)整流器整流后(通過(guò)空心軸內(nèi)的電纜供給主機(jī)的直流勵(lì)磁線圈：

(3)起動(dòng)電機(jī)(盤(pán)車(chē)電機(jī))開(kāi)始工作。系統(tǒng)所配的起動(dòng)電機(jī)為感應(yīng)式異步電機(jī)，通過(guò)起動(dòng)電動(dòng)機(jī)使同步電機(jī)達(dá)到40r/min。根據(jù)生產(chǎn)廠家的要求，電機(jī)在由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)初期，由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，所以采用起動(dòng)電機(jī)使轉(zhuǎn)速由0r/min達(dá)到40r/min而有利于變頻器的可靠工作。

(4)當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到40r/min時(shí)，變頻器開(kāi)始工作：此變頻器是自控式昆山偉創(chuàng)變頻器(系統(tǒng)的基準(zhǔn)頻率不是隨意由外部給定的，而是由與電機(jī)本身轉(zhuǎn)速相應(yīng)的頻率決定的，因此它永遠(yuǎn)是同步的，不會(huì)產(chǎn)生失步：而與電機(jī)本身轉(zhuǎn)速相應(yīng)的頻率是通過(guò)與電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器。又稱(chēng)測(cè)頻器，來(lái)檢測(cè)的。轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器是此系統(tǒng)特有的元件，是檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極和定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間相對(duì)位置并向變頻器發(fā)出控制信號(hào)的裝置。

(5)在變頻器輸出頻率達(dá)到5Hz左右之前，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用逆變斷流法換流，變頻器的輸出通過(guò)升壓變壓器的旁路接觸器直接供給電機(jī)，在輸出頻率由5Hz上升到50Hz的過(guò)程中，變頻器采用反電勢(shì)換流法換流。在此種方式下，變頻器的輸出通過(guò)升壓變壓器供給電機(jī)。

(6)電機(jī)達(dá)到起動(dòng)的最大轉(zhuǎn)速時(shí),控制系統(tǒng)的同步器開(kāi)始工作.系統(tǒng)檢測(cè)得到的電壓、頻率、相角等參數(shù)均符合要求后,控制系統(tǒng)發(fā)出,系統(tǒng)同步，信號(hào),使主電機(jī)同10kv電網(wǎng)并網(wǎng)。整個(gè)起動(dòng)過(guò)程是由PLC自動(dòng)完成并要求約在360s內(nèi)完成(如超過(guò)則發(fā)報(bào)警并自動(dòng)停車(chē)。PLC控制系統(tǒng)將完成以下工作:

(1)起動(dòng)控制，包括勵(lì)磁、變頻器、高壓柜、盤(pán)車(chē)、風(fēng)門(mén)等順序控制及聯(lián)鎖。

(2)同步電動(dòng)機(jī)保護(hù)及監(jiān)控。包括同步電動(dòng)機(jī)油壓和線圈、軸瓦溫度、潤(rùn)滑油溫度、變壓器瓦斯、冷卻水、潤(rùn)滑等工藝參數(shù)及狀態(tài)。

(3)操作臺(tái)大型CRT或模擬盤(pán)顯示。每臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)有它的畫(huà)面或模擬盤(pán)。各種信號(hào)及狀態(tài)都在它上面顯示出來(lái)。

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