隨著電力電子與計算機技術的發展，使得變頻器的性能更趨完善。作為對交流電動機的一種控制方法，近年來在電氣傳動領域中得到廣泛的應用。在中、小高爐上料車的常規電氣傳動方式中，一般分為：交流和直流電動機傳動，比較常用的傳動方式為：三相交流繞線式異步電動機。幾年來在新建和改造的300M3以下高爐上料傳動系統中，應用了變頻器。運行實踐證明：傳動系統的效率得到較大提高，滿足了生產工藝的需求。 　　 一、 常規電器電氣傳動系統 上料車采用三相交流繞線式異步電動機，繼電器——-接觸器控制方式，電機轉子串電阻調速。該系統在運行過程中存在不足： 　　（1） 繼電器——-接觸器控制，元器件多，線路接點多，運行中故障率高，系統的運行正常受到影響。 　　（2） 轉子串電阻使得機械特性變軟，對負載的變化適應性差。調速過程中消耗在轉子回路中的電能隨轉速的降低而增加，轉速俞低同時電機的效率俞差。減速時電機存在的再生發電效應，對電網產生影響。 　　（3） 起動加速時沖擊力較大且變化不均勻，造成傳動機械設備較大的沖擊，影響機械設備的使用壽命，嚴重時損壞機械設備，造成事故。 　　（4） 受供電電網波動影響，低于360 V 時，料車在料量較重的情況下啟動較困難，嚴重時甚至啟動不起來。 　　（5） 受裝置一定影響，其上料速度不可調整，較難適應高爐工藝技術的需求。 　　（6） 由于上料車內的物料重量變化較大，料車到達上、下位置停車點的行程不易調整，易出現沖過行程位置現象。 　　 轉子串電阻調速系統固有的特性，已滿足不了高爐穩產、高產的需求。上料車交流電氣傳動系統應用變頻器是解決上訴問題不足的有效途徑之一。 　　 二、變頻器控制交流電氣傳動系統 高爐上料車調速屬恒轉矩調速。實現恒轉矩調速，需保持電動機電動勢與頻率成正比。變頻器的輸出特性：輸出電壓U與頻率F成正比。變頻器在基頻0 ～ f0之間（如圖一示）, 可基本視為恒轉矩調速。即適應上料車的調速性能。 （1）三相交流異步電動機 　　型號：YZR280M-8 功率： 75KW 　　電壓： 380V 　　頻率：50HZ 電流： 150 A 轉速： 720 轉/分 　　將轉子輸出端采用導線短接，以使用該類型電動機的高轉矩特性。 （2）變頻器的選擇 　　型號：ACS604-0140-3 （負載特性：重載） 　　技術參數： 　　 1、負載周期（2/15S）： I2hd 178 A 　　 I2hdmax 356 A 　　2、Shd 120 KVA 3、Phd 90 KW 　　4、Phd 125 HP 5、頻率分辨； 0.01 HZ 　　6、功率極限： 1.5 Phd 7、過流保護： 3.5 I2hd 　　8、弱磁點： 8～300 HZ；。 9、開關頻率： 3 KHZ 　　10、電機電纜推薦長度： 300 米。 　　11、輸入側電源保護： 快速熔斷路器。 　　12、軟件應用： 標準工廠宏應用程序。 （3）外部裝置與控制連接 　　 變頻器裝于具有密閉措施的GGD型柜體內，按變頻器使用要求柜內裝置排風扇通風冷卻。根據實際需求，選擇外部集中控制。系統為開環控制；變頻器控制端子輸入均為開關量，輸出主要為開關量控制、模擬量監測。同時，部分開關量、模擬量送入高爐上料系統PLC以實現高爐上配料過程自動化。 　　 上料車在減速或外部機械制動器制動時，電動機產生再生回饋發電效應。再生的電能通過變頻器內部的半導體器件造成直流母線的電壓生高，快速生高的電壓靠變頻器的內部阻容吸收回路已不能迅速抑制，若直流母線電壓超過過壓控制極限，變頻器過壓報警，嚴重時將損壞內部功率器件。因此，外部加裝放電部件裝置以抑制變頻器內直流母線的過電壓，保護變頻器。 （4）變頻器主要參數選擇 　　序號 參數組 參 數 選 擇 參 數 值 　　1 10.01 EXT1 STRT/STP/DIR DI1,2 　　2 .02 EXT2 STET/STP/DIR NOT SEL 　　3 12.01 CONST SPEED SEL SEL DI5,DI6 　　4 .02 CONST SPEED1 750 　　5 .03 CONST SPEED2 150 　　6 15.01 ANALOGUE OUTPUT1 SPEED 　　7 .03 MINIMUM A01 4 　　8 .06 ANALOGUE OUTPUT2 CURRENT 　　9 .08 INIMUM AO2 4 　　10 20.01 MINIMUM SPEED -750 　　11 .02 MAXIMUM SPEED +750 　　12 22.01 ACC/DEC 1/2 SEL ACC/DEC 1 　　13 .02 ACCELER TIME 1 5 　　14 .03 DECELER TIME 1 3 　　15 .04 ACCELER TIME 2 5 　　序號 參數組 參 數 選 擇 參 數 值 　　16 .05 DECELER TIME 2 3 　　17 30.01 AI　　18 .02 PANEL LOSS FAULT 　　19 .03 EXTERNAL FAULT NOT SEL 　　20 .04 MOT THERM PROT NO 　　21 .05 MOT THERM P MODE DTC 　　22 .06 MOTOR THERM TIME 5044.15 S 　　23 .07 MOTOR LOAD CURVE 100% 　　24 .08 ZERO SPEED LOAD 74% 　　25 .09 BREAK POINT 45 HZ 　　26 .10 STALL FUNCTION FAULT 　　27 .11 STALL FREQ HI 20 HZ 　　28 .12 STALL TIME 20 S 　　29 .13 UNDERLOAD FUNC NO 　　30 99.01 LANGUAGE ENGLISH 　　31 .02 APPLICATION WACRO FACTORY 　　32 .03 APPLIC RESTORE NO 　　33 .04 MOTOR CTRL MODE DTC 　　34 .05 MOTOR NOM VOLTAGE 380 V 　　35 .06 MOTOR NOM CLRRENT 150 A 　　36 .07 MOTOR NOM FREQ 50 HZ 　　37 .08 MOTOR NOM SPEED 720 rpm 　　38 .09 MOTOR NOM POWER 75 KW 　　39 .10 MOTOR NOM RUN NO 　　40 30.14 UNDERLOAD TIME 600 S 　　41 .15 UNDERLOAD CURVE 1 　　42 .16 MOTOR PHASE LOSS NO 　　43 .17 ERATH FAULT FAULT 　　44 .18 COMM FAULT FUNC FAULT 　　45 .19 MAIN REF DS T-OUT 3 S 　　46 .20 COMM FAULT RO/AO ZERO 　　47 .21 AUX REF DS T-OUT 3 S 　　 三、運行效果 變頻調速和轉子串電阻調速的數據測定。 （1）數據比較　 　　名 稱 轉子串電阻調速 變頻器調速 （電源側） 　　 起 動 運 行 起 動 運 行 　　電 流 A 330 138 102 36 　　起動時間 S 12 5 　　停車速度 n/min 346 150 　　運行時間 S 25～29 19～22 　　注： ① 表中電流用DM6016數字電流表實測。 　　 ② 表中數據是在料車內重物：2200 KG時實測。 （2）參數曲線對比 　　 ①料車速度：（圖示二） 　　 注：頻率上限：55HZ 　　②電流： （圖示三） 　　上述實測變頻器電流數據為：變頻器的電源側。 （3）運行效果 　　1、上料車運行過程時間縮短，加快上料速度，滿足高爐的工藝要求。 　　2、上料車的無級調速，使其起動平穩，加、減速過程中減少了設備的沖擊，延長了機械設備的使用壽命。 　　3、加、減速時間可調，使得料車在負載變化情況下，定位停車調整方便，提高運行的效率。 　　4、節省電能約30%左右，同時，起動電流的降低減少了對電網的沖擊影響。 　　5、變頻器的通訊接口與計算機連接，使得變頻器的運行參數、狀況得到監控。 　　 四、 運行過程中問題的解決幾措施 （1）上料車運行中料鐘內物料檢查的設置 上料車運送物料至爐頂料鐘室內是按工藝技術要求：即按料制、周期循環進行的。爐頂小料鐘室內容積有限，只允許存放一車物料，否則將造成爐頂下料機械設備損壞。為防止兩車物料同時放入小料鐘室內。上料車在運行至爐頂的過程中，系統PLC發出檢查指令：（此點稱：料鐘檢查點）判斷料鐘室內的物料是否已進入爐內以及是否允許下一車物料的進入。否則，系統PLC發出上料車停車指令。（邏輯圖見圖四） 調試中發現：原料鐘檢查點距小料鐘室較近處，意為加快上料速度。但運行中發現由于受各種因素：如物料重量的變化等影響，在小料鐘有料PLC判斷后發出指令料車停車時；由于已接近爐頂處，此時料車停車時產生忽高忽低的現象，易產生“沖頂掛車”的現象。實際運行中將其檢查點改在上料車行程的前半部。實際效果：即滿足了生產工藝上料的速度要求；又進一步提高了上料車運行的可靠性、穩定性。 （2）“溜車”現象的處理及措施 在運行中，上料車出現“溜車”現象，造成機械設備損壞致使停產。現象分析：由于在配料過程中電子稱突然出現較大的誤差，以致于上料車起動時負載突然變大，變頻器內部輸出功率組件的換流時間調整不及時，致使上料車起動后，克服不了負載力矩，經過較短時間后形成上料車下滑“溜車”現象發生。如圖五中機械特性曲線F點所示： 電機起動運行后，正常按曲線2運行至A點，由于負載因素影響，如：負載力矩突然增大，其實際運行仍保持在Z點。此時，變頻器的輸出特性已達到曲線2的特性，在曲線2的作用下，電動機將沿Z點向F點變化，造成上料車下滑“溜車”現象發生。 通常經過調整變頻器轉矩補償功能參數，增加轉矩（IR補償）的方法，可以解決該問題。ACS600系列變頻器兩種控制模式：DTC（直接轉矩控制）和SCALAR（標量控制模式），在選用標量控制模式時，轉矩補償（IR補償）作用有效。實際運行中因其它因素和功能選擇，控制模式為：DTC，故轉矩補償（IR補償）無法實現。 　　 在變頻器的外部控制采取措施：系統PLC發出起動變頻器指令，同時發出延時（時間值大小以現場調試為準）的另一指令以控制機械制動閘在電動機上電時緩開。當變頻器的輸出達到圖六所示的A點時（約15%的額定力矩）：機械制動閘打開，電動機按圖六中V/F特性曲線的A點開始，上料車“溜車”的問題得到解決。 應注意的幾點： 　　1、須使用變頻器的轉矩補償功能，以適應負載變化要求的調整，其補償的參數值大小應視實際情況確定其值為好。 　　2、若變頻器的轉矩補償功能因客觀因素不能使用，應采取前述或其它方法，以提高對負載力矩的變化的調整能力。 　　3、加裝檢測裝置：如編碼器（正、反向檢測）等方法，防止運行中的傷料車出現異常并立即停車。 （3）抗干擾措施 變頻器采用PWM控制逆變技術電路，其輸出電壓含有較強的高次諧波，極易干擾附近的電子設備。如對電子稱的采樣電路的干擾，其產生稱量誤差，影響料制的準確性。同時，對變頻器本身的模擬量輸入信號也產生誤差影響。排除干擾采取措施如下： 　　1、設置進線濾波器（B84143-B320-S20）抑制諧波，濾波器外殼可靠接地。同時電機電纜的金屬屏蔽層接地，抑制干擾。如采用其它三相濾波器須滿足以下要求： 　　A、高次諧波充分削弱 B、正確的電壓額定值 　　C、頻率50/60HZ D、連續電流： > 1.5Ie 　　E、過載電流： > 1.5 Ie 　　2、控制電纜使用屏蔽電纜，屏蔽一端接地，另一端懸空。電纜走向不要并行敷設，不應放在同一個線槽中，電纜線路相交時要成直角。 　　3、模擬信號的輸入：信號與地之間應加鉭電容濾波，其電容的量值以最大限度的濾除諧波為最佳。可用示波器觀察濾波效果。 　　（4）電動機加、減速時間的設定 　　 電動機加速時間：電動機從起動到設定轉速的時間，即變頻器輸出頻率由零上升到工作頻率的時間。反之，為電動機減速時間。 　　 在實際調試中，以此時間值為基準上料車裝料進行調整。應注意兩個問題：一是時間不易過短，否則出現直流制動過電壓保護，變頻器停止輸出。二是要充分使整個上料系統的運行有時間裕量，保證上料量的輸送。因此，實際時間值以現場的數據為準。 　　（5）安裝、使用及維護 　　 采用一臺或兩臺變頻器互為備用的方式，應視設備的重要程度而定。根據實踐：上料車應選用兩臺互為備用方案。其轉換操作應簡潔、可靠、準確互不影響。如果選用一臺變頻器其備用為其它方式，應注意兩套方式性能的一致性。同時，也應保證其轉換可靠、準確。兩臺變頻器應作定期的輪換使用，以保證備用機的良好狀態。要注意對備用機的檢查，防止外界因素、如：鼠害等對其的損壞。 　　變頻器的使用對環境的震動、灰塵、電磁干擾、腐蝕、溫度等有一定的要求。在安裝時應充分注意，如：采用排風扇通風降溫等；平常應注意使用環境，進行內部灰塵的清掃，并上電檢查狀況。變頻器的金屬殼體應接地良好，其接地電阻小于4歐姆。 　　變頻器的逆變輸出部分：IGBT大功率驅動模塊，對于三相輸出其有6個大功率晶體管模塊組成，任意一個模塊功率組件的損壞，將導致變頻器不能工作，在其內部均有一定的保護措施，使用時應在電源進線輸入側加裝快速熔斷器；電子元器件對電壓的浪涌非常敏感使用時應注意所用電源的穩定性；完善供電系統的避雷措施。 　　變頻器在實際應用中，應注意輸出頻率與電動機要求的轉速范圍相匹配：既變頻器的頻率輸出與電動機的超、低速運行性能的范圍。通用電動機的超速性能為不高于額定轉速的120 % ，小于2分鐘，若時間過長會導致電動機機械性能使用壽命下降。低速運行時，不允許低于額定轉速的15%，若運行時間過長，電動機將發熱嚴重導致電機繞組絕緣老化損害電動機。實際使用時，電動機應工作在額定轉速70%左右為佳。若轉速低于此范圍，可以調整電動機的極數來配合。 　　變頻器在上電時，應嚴格按照技術手冊規定操作。否則，會導致變頻器故障。如：ACS600系列變頻器規定：接通主電源時不能在10分鐘內連續起動5次。實例之一：調試中忽略此點，造成內部起動電阻發熱損壞以致于變頻器不能使用。 　　 五、結束語 高爐上料車傳動系統采用變頻器與轉子串電阻調速相比：改善了設備的運行條件，延長了機械設備的使用壽命；運行中更加穩定、可靠、準確，實用性能好；節能效果顯著；系統運行效率高。