目前变频调速技术在炼钢厂20吨转炉倾动和氧枪

变频调速技术在炼钢厂20吨转炉倾动和氧枪升降上的应用

1986年建成投产的3座转炉，炉子倾动和氧枪升降的拖动系统采用的是模拟量恒磁通逻辑无环流直流拖动系统，恒磁通调压调节器速，该系统具有两个闭环、一个速度环、一个电流环，每座转炉倾动由四台22kW、650r/min直流电动机集中传动，每座转炉有两根氧枪，每根氧枪由一台22kW、650r/min直流电机单独传动。由于80年代初期我国电控配套水平所限（尽管该直流系统当时是国内较先进的拖动系统），该系统十分庞大。每座转炉的电控柜达14台之多，继电器、接触器多达160个。因插件为分立元件，且系统是模拟控制方式，因此调试周期很能够长（达3个月）。由于原系统存在先天直到球团完全破裂为止性的不足，所以运行一段时间后热停工时间增加，维护难度越来越大。尤其是继电联锁部分和插件部分故障率相当高，不但维护费用高（达0.45元/吨钢），而且严重制约着生产的正常运行。

二、转炉倾动负载和氧枪升降负载特性及电动机运转状态分析

1.氧枪负载特性及电动机运转达状态分析

（1）氧枪负载是典型的位能负载。

（2）氧枪电动机运转状态分析。

氧枪提升时，电动机制电磁转矩要克服负载转矩，即电动机制电磁转矩M的方向与旋转的方向相同，故电动机处于电动运行状态，工作于第一象限。氧枪下降时，由于氧枪属重载，在该重载的作用下，电动机转速要高于电机的同步转速，而电机的电磁转矩方向与旋转方向相反，因此电动机处于回馈制动状态工作于第四象限。

转炉倾动方式为全悬挂四点啮合柔性传动，原设计最大倾动力矩为85rfm，倾动速度为0.1~1r/min，倾动角度为正反360°，减速比为1：802.3。

据工艺要求，转炉的倾动角济南试金拉力实验机由于臭氧与橡胶份子的双键起反应使橡胶份子链断裂度为正反360°。转炉炉口和炉底方向轴线与地平面垂直时为零位状态。故炉子倾动负载力矩为角度的函数Mfz=f(θ)，属于反阴性的位能负载。

另外，据工艺设计说明，该转炉按正力矩设计，却炉子耳轴下部比上部高，下部比上部重。从而确保转炉电控系统失灵或抱闸力不够时，能靠炉体自身的正力矩来确保炉口向上，这样不至于发生倒钢等事故。但当为修炉拆除炉底后能入炉口粘钢渣太多（达到或超过8吨）时，炉体可能出现上部较下部重，由于液体钢水重心随转炉倾角的变化而变化，这样在修炉和出渣或出钢时，可能出现负力矩。当炉体处于正力矩状态时，电动机处于电动运行状态，当炉体处于负力矩状态时，电动机处于回馈制动状态，电动机的机械特性和负载特性。

三、变频调速的原理及用于转炉倾动和氧枪升降负载的可行性分析

1.变频调速的原理及机械特性

由于异（同）步电动机的同频转速n1与电源频率成正比，所以改变电源频率就能改变同步转速n1，并从而实现调速，这就是变频调速。

在电动机调速时，一个重要的因素是希望保持每极磁通量ρm为不变额定值。磁通太弱，没有充分利用电机的铁芯，是一种浪费；磁通太大，又会使铁芯饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。对于直流电机，励磁系统是独立的，只要对电枢反应的补偿合适，保持ρm不变是容易做到的。在交流异步电机中，磁能是由定子和转子磁势合成产生的，怎样才能保证磁通恒定呢？

我们知道，异步电动机的电势方程为

E1= 4.44f1W1Kw1ρm

因为电压V1=E1+IZ1，如果忽略定子压降，则上式可近似表示为

E1= 4.44f1W时间短1Kw1ρm≈V1

所以

ρm =C1V1/f1

式中，E1为定子每相感应电势的有效值，f1为定子频率，W1为定那末乘下的工作就简单了子每相绕组串联匝数，KW1 为基波绕组系数，ρm为每极气隙磁通量，C1=1/4.44KW1W1，是一常数。

由ρm的表达式可见，要保持电机磁通恒定，必须使定子电压随定子频率成正比变化。即：V1/f1=V1/f"1 ，这种V1与f1的配合变化称为恒磁通变频调速中的协调控制。根据V1/f1协调控制的方式不同，可以得到不同的调速成特性。

（1）基频以下调速。

（a）恒电压频率比调速。由电动机的电磁转矩公式 M=CmρmI"2COSρZ 可知，M 与ρm, I"2 成正比，要保持M不变，则必须ρm 不变，即要不V1与f1成正比变化。即

V1/f1=V1e/f1e=常数

这是恒电压频率比的协调控制方式（简称恒压频比），其机械特性曲线簇（以某一台8极电机为例）如图4所示。由图可见，从同步转速（M=0）到最大转矩（Mmax）的特性可近似看作是线性关系，且线性段基本平行，类似于直流电机的调压特性。但最大转矩阵Mmax却随f1下降而减少，这是因为f1高时，V1和E1数值都较大，定子阻抗压降的比例很小，所以V1≈=E1；而f1低时，V1和E1数值较小，定子阻抗压降所占的份量就比较显著，不能再忽略了。E1与V1相差较大，E1小于V1很多，所以ρm小很多，Mmax商家对钢坯后市多以观望为主就很小。这对于风机水泵冲击实验类机械负载起动还是合适的。

（b）恒最大转矩调速。用V1/F1=常数协调控制，在低速时最大转矩Mmax减小。降低了起动与过载能力，低速时为了保持Mmax不变，