前言

由于其具有各種優點，比如無接觸污染、均勻的溶液溫度、較短的熔煉時間、相同的化學成分、減少氧化渣、低燒損、高指數可控性和高電氣化水平，作為金屬冶煉過程中的關鍵設備，電磁攪拌機已廣泛應用于冶金行業。變頻電源是電磁攪拌機的重要組成部分，其特點決定了金屬冶煉的質量、節能效果、攪拌質量指數。一般來說，電磁攪拌機的傳統電源是AC-AC或兩象限AC-DC-AC，其中存在許多缺陷，比如功率因數低、諧波干擾大、電網能量回饋不可行、突然斷電時容易致使爆炸事故。而四象限變頻器可以科學配置，給電磁攪拌系統提供變頻電源，從而可避免傳統電源的諸多缺陷。

工作原理

感應電磁攪拌機主要由變頻電源和電感器組成。根據電磁感應原理，高強度的磁場作用于金屬溶液（導體），因此使得它有規律地移動。變頻電源改變50/60Hz交流工頻為可調輸出電壓0.5~5.0Hz 變頻分離低頻電源，當電源通過電感器時形成交替移動磁場，移動磁場通過穿透在爐底部的不銹鋼板對金屬溶液產生作用，在磁場的作用下，金屬溶液產生感應電動勢和感應電流，同時在磁場的交互作用下，感應電流產生電磁力，從而使金屬溶液有規律地移動，達到溶液攪拌的目的。改變移動磁場的方向和強度能有效地控制金屬液的攪拌方向和強度。電磁攪拌示意圖如圖（1）所示。

變頻電源的技術要求

•變頻分離控制

•上位機觸摸屏和MODBUS之間的通信

•電壓等級：AC 380V

•功率因數≥0.96，滿負荷在0.98以上

•AC-DC-AC四象限變頻器

•允許三相輸出電流不平衡度≥15％

•可調頻率0.5Hz-5HZ，正常運行頻率0.5Hz-1Hz

•頻率調整分辨率0.1Hz（至少），0.05Hz（最佳）

•可設定運行時間

•倒計時停止設置

•低頻大電感器件

•需要考慮緊急停止時負載電感的能量釋放

Goodrive800四象限變頻器應用在電磁攪拌設備上的優點

變頻電源Goodrive800四象限變頻器是一款專為高端市場而研發的高性能變頻器。其電流額定值是根據在高負載情況而設計的，因此它適用于高過載容量、高可靠性和連續運行的環境。

通過采用國際流行的模塊化設計，Goodrive800四象限變頻器可以提供整流單元、逆變單元和濾波器單元或一整套設備，以滿足OEM和集成系統用戶和客戶的要求。其技術特點如下：

◆整流采用IGBT有功部分，PWM調制可以把再生能量轉換為電力，然后反饋給電網，功率因數可以達到0.98以上，因此，可以實現最大化節能；

◆母線電壓和輸出電壓連續、可控、穩定（電網側電壓波動影響較少），解決了因AC-AC變頻器或普通二象限變頻器的大電壓波動而對金屬冶煉產生的影響；

◆提供變頻控制、開環矢量控制和閉環矢量控制，支持變頻分離，解決了電磁攪拌機在特殊負載情況下正常工作時，安全停機的自動保護問題；

◆采用模塊化結構設計，便于組裝和現場維護；各單元的接線均為頂入底出，滿足了公共直流母線方案。

◆各單元之間采用光纖通信，以實現主控板和單元控制之間光電隔離，在長距離傳輸的特殊要求下，確保系統的可靠性；

◆支持多種通訊協議包括Modbus、Profibus、CAN、以太網和DeviceNet，適用于各類工業領域的應用；

◆提供完善的變頻保護功能。除了傳統的保護功能，比如過流保護、過壓保護、過溫保護，還關注電機側的保護，通過溫度檢測端，實時檢測電機的運行溫度，以提供有效的過溫保護；

◆標準STO（安全關斷），SS1（安全停止1），SLS（安全限速），SBC（安全制動控制）保護最大化地確保系統的安全性和可靠性；

◆EMC性能滿足C3要求。

由于變頻電源的負荷為較大電感（約25mH），會存在因大電感的能量釋放而引起的沖擊。行業應用中的技術難點是：1.在0.8~2Hz運行頻率，350A工作電流和45°C環境溫度的情況下，保持長時間穩定運行；2.滑行停車時，可以成功釋放大電感能量，對電網無任何沖擊，也不會引起故障報警；3.在電網異常關閉情況下，確保大電感能量可以成功釋放；4.在額定負載（320A）的情況下，反饋到電網的功率因數應不低于96％。

為了保證在滑行停車或電網異常關閉的情況下，能夠成功釋放大電感能量，在變頻電源的DC母線上增加制動單元和制動電阻，以便及時釋放再生能量。最后，進行負載測試，在額定負載下，能量回饋功率因數達0.98以上。至此，調試圓滿成功，受到客戶高度贊揚。

結論

隨著經濟的快速發展，中國更加重視工業污染和工業設備的節能。由于其各種優點，如綠色、環保、節能以及功能完善，Goodrive800四象限變頻器將被廣泛應用于冶金行業的電磁攪拌設備上。

 [1] 深圳市英威騰電氣股份有限公司《GD800系列變頻速度控制系統操作說明書》