高壓變頻同步電動(dòng)機(jī)在燒結(jié)主抽控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：介紹了燒結(jié)主抽自動(dòng)控制系統(tǒng)，特別詳細(xì)介紹了高壓變頻器在燒結(jié)主抽同步電動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用，通過使用，驗(yàn)證了采用高壓變頻同步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)。
關(guān)鍵詞： 高壓變頻器 同步電機(jī) 優(yōu)勢(shì)
Abstract The automatic control system of Sinter Waste fan is introduced, especially the three phase synchronization motor the high voltage converter. The advantage of the high voltage converter is tested by usage.
Key words high voltage converter three phase synchronization motor advantage

0 引言
         鋼鐵是現(xiàn)代社會(huì)最重要的原材料之一,高爐煉鐵對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著十分重要的作用，提高生鐵的產(chǎn)量和質(zhì)量，必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。鋼鐵工業(yè)需要大量鐵礦石，經(jīng)長(zhǎng)期開采，天然富礦越來(lái)越少，高爐不得不使用大量貧礦，但貧礦直接入爐，無(wú)論經(jīng)濟(jì)上還是操作上都是不合適的，必須經(jīng)過選礦才能使用。但貧礦富選后得到的精礦粉以及富礦加工過程中產(chǎn)生的富礦粉都不能直接入爐冶煉，必須將其重新造成塊，常用造塊方法有燒結(jié)和球團(tuán)，而燒結(jié)是最重要的造塊方法。因此我廠為了提高高爐生產(chǎn)主要原料燒結(jié)礦的產(chǎn)量和質(zhì)量，公司決策通過了4*28m2燒結(jié)機(jī)異地大修改造工程，通過技術(shù)改造，提高自動(dòng)化控制的水平，提升燒結(jié)礦的品質(zhì)。通過改善原料品質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)煉鐵高產(chǎn)、低耗、低成本的目標(biāo)。

1燒結(jié)工藝描述
         所謂燒結(jié)就是在粉狀鐵物料中配入適當(dāng)數(shù)量的熔劑和燃料，在燒結(jié)機(jī)上點(diǎn)火燃燒，借助燃料燃燒的高溫作用產(chǎn)生一定數(shù)量的液相，把其他未熔化的燒結(jié)料顆粒粘結(jié)起來(lái)，冷卻后成為多孔質(zhì)塊礦。燒結(jié)機(jī)主要流程為鐵礦粉、熔劑和燃料按一定配比，并加入一定的返礦以改善透氣性，配好的原料按一定配比加水混合，送給料槽，然后到燒結(jié)機(jī)，由點(diǎn)火爐點(diǎn)火，使表面燒結(jié)，煙氣由抽風(fēng)機(jī)自上而下抽走，在臺(tái)車移動(dòng)過程中，燒結(jié)自上而下進(jìn)行。當(dāng)臺(tái)車移動(dòng)接近末端時(shí)，燒結(jié)終了，在大型燒結(jié)機(jī)上，為了保持表層溫度和防止急冷，采用延長(zhǎng)點(diǎn)火爐或放置保溫爐，燒結(jié)完了的燒結(jié)塊由機(jī)尾落下，經(jīng)破碎成適當(dāng)塊度，篩分和冷卻，篩上物送高爐，篩下物作為返礦和鋪底料重新燒結(jié)。
        燒結(jié)生產(chǎn)主要包括原料系統(tǒng)，配料系統(tǒng)，給料系統(tǒng)，混合制粒給水自動(dòng)控制，原料輸送跟蹤，點(diǎn)火爐燃燒控制，燒結(jié)機(jī)速度控制，環(huán)冷機(jī)排料礦槽料位控制，所有皮帶的連鎖控制，余熱回收系統(tǒng)，機(jī)頭電除塵，機(jī)尾電除塵，整粒電除塵，能源計(jì)量，主抽風(fēng)機(jī)控制等，主抽系統(tǒng)在整個(gè)燒結(jié)生產(chǎn)中起重要作用。

2 主抽控制系統(tǒng)
         由于采用英國(guó)豪頓風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)配套由SIEMENS公司完成，風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用SIEMENS 三相同步電機(jī)及配套控制系統(tǒng)。。主抽控制系統(tǒng)采用SIEMEMS S7300 PLC 控制系統(tǒng)，主要完成以下工作：
（1） 起動(dòng)控制，包括勵(lì)磁、變頻器，高壓柜、風(fēng)門等順序控制及連鎖。
（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、冷卻水等工藝參數(shù)及狀態(tài)。
主抽系統(tǒng)主要由以下幾部分組成： -
? 1 組 6kV開關(guān)柜(SWB1 和 SWB2)
? 1臺(tái)線路端變流變壓器 (TR1)
? 1 x 啟動(dòng)變流器 (SSP & SSC) 選用SIEMENS Simovert S啟動(dòng)變流器
? 1 x 勵(lì)磁裝置（EXC）
? 1 x 電機(jī)端變流變壓器 (TR2)
? 1 x 低壓MCC (LVMCC)
? 1 x 控制，監(jiān)測(cè)和備用控制裝置(CMAC)
       基于PLC的Simatic S7/300系統(tǒng)，安裝在單獨(dú)的控制、監(jiān)測(cè)和備用控制裝置（CMAC）上。CMAC控制裝置是控制抽風(fēng)機(jī)的正常位置。CMAC PLC系統(tǒng)提供對(duì)于所有如潤(rùn)滑油等的備用系統(tǒng)的控制，并通過單獨(dú)的Profibus DP連接為勵(lì)磁裝置提供自動(dòng)的開始／停止命令 。CMAC控制裝置包括局部控制和監(jiān)測(cè)用的OP17控制界面。

        Simovert S啟動(dòng)變流器配有Simadyn D控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)負(fù)責(zé)斷流器控制（MBC和MBN）以及所有與開關(guān)回路功能有關(guān)的驅(qū)動(dòng)。如上圖所示。
        Simadyn D控制系統(tǒng)通過Profibus DP連接與基于PLC系統(tǒng)裝在勵(lì)磁裝置的Simatic S7/300相連。勵(lì)磁裝置PLC，連同裝在Simovert S 變流器上的Simadyn D控制系統(tǒng)提供整個(gè)啟動(dòng)程序控制，同步和電路斷流器（MBL）的控制，并且當(dāng)啟動(dòng)變流器閉合時(shí)，還會(huì)持續(xù)提供對(duì)同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁控制和監(jiān)測(cè)控制保護(hù)。勵(lì)磁裝置包括局部控制和監(jiān)測(cè)用的OP17控制界面。

3．同步電機(jī)的啟動(dòng)
        同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，若將其定子直接投入電網(wǎng)，由于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，而此時(shí)轉(zhuǎn)子處于靜止，因而氣隙磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁極之間具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，故不能產(chǎn)生平均的同步電磁轉(zhuǎn)矩，即電機(jī)不能自行啟動(dòng)。因此，要啟動(dòng)一臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)，必須借助于其他方法，常用的啟動(dòng)方法有：輔助電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)法；調(diào)頻啟動(dòng)法；異步啟動(dòng)法。
         本系統(tǒng)采用調(diào)頻啟動(dòng)法。調(diào)頻啟動(dòng)法的實(shí)質(zhì)是，設(shè)法改變定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，以利用氣隙磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁極之間的同步轉(zhuǎn)矩來(lái)啟動(dòng)。為此，開始啟動(dòng)時(shí)，需把變頻電源的頻率調(diào)得很低，使定子三相電流所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)得很慢，使其與轉(zhuǎn)子磁極間能產(chǎn)生一定的平均同步轉(zhuǎn)矩。
        調(diào)頻啟動(dòng)的具體步驟是：把轉(zhuǎn)子加上直流勵(lì)磁，定子電流的頻率從零開始逐步向上增加，直至額定頻率為止。采用調(diào)頻法啟動(dòng)時(shí)，須有變頻電源。
         變頻器分為交-交和交-直-交兩種形式。交-交變頻器可將工頻交流直接變換成頻率、電壓均可控制的交流，而交-直-交變頻器則是先把工頻交流電通過整流器變成直流電，然后再把直流電變換成頻率、電壓均可控制的交流電，主抽采用交-直-交。
        變頻器由主電路（包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器）和控制電路組成，對(duì)于再生能量回饋型變頻器，整流器稱為“網(wǎng)側(cè)變流器”，逆變器稱為“負(fù)載側(cè)變流器”。當(dāng)逆變器輸出側(cè)的負(fù)載為交流電動(dòng)機(jī)時(shí)，在負(fù)載和直流電源之間將有無(wú)功功率的交換。用于緩沖無(wú)功功率的中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件可以是電容或是電感。據(jù)此，變頻器分成電壓型變頻器和電流型變頻器兩大類。主抽風(fēng)機(jī)采用電流型變頻器。
         電流型變頻器的特點(diǎn)是中間支流環(huán)節(jié)采用大電感作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，無(wú)功功率將由該電感來(lái)緩沖；當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)時(shí)，回饋到直流側(cè)的再生電能可以方便地回饋到交流電網(wǎng)，不需在主電路內(nèi)附加任何設(shè)備，只要利用網(wǎng)側(cè)的不可逆變流器改變起輸出電壓極性（控制角大于90度）即可。而電壓型變頻器中間支流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件采用大電容，當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)時(shí)，回饋到支流側(cè)的無(wú)功能量難于回饋給交流電網(wǎng)，要實(shí)現(xiàn)這部分能量向電網(wǎng)的回饋，必須采用可逆變流器，即網(wǎng)側(cè)變流器采用兩套全控整流器反并聯(lián)。
同步電機(jī)啟動(dòng)程序如下：
1．CMAC PLC通過Profibus向勵(lì)磁裝置發(fā)出啟動(dòng)命令。啟動(dòng)命令從勵(lì)磁裝置傳送到Simovert S變流器。
2． 接收到啟動(dòng)命令后，Simovert S變流器向6kV斷流器MBM發(fā)出閉合命令。
3．接到斷流器MBM發(fā)出的閉合確認(rèn)命令后，Simovert S變流器向斷流器MBM發(fā)出閉合命令。
4．接到斷流器MBM發(fā)出的閉合確認(rèn)命令后，Simovert S變流器輸出脈沖，開始使電機(jī)運(yùn)行。這時(shí)“運(yùn)行”信號(hào)通過Profibus傳送到CMAC PLC。
5．勵(lì)磁裝置不斷監(jiān)測(cè)電路和電機(jī)電源的同步性（頻率和相角）。（在MBI和DSC的電壓變壓器輸出之間做比較）。當(dāng)達(dá)到同步時(shí)，勵(lì)磁裝置會(huì)閉合斷流器MBL，同時(shí)阻斷輸出脈沖，打開斷流器MBM。

4 同步電機(jī)變壓變頻系統(tǒng)的特點(diǎn)
與異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)相比，同步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：
1．功率因數(shù)可調(diào)。同步電動(dòng)機(jī)的氣隙合成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，切割定子三相對(duì)稱繞組，感應(yīng)出三相對(duì)稱電勢(shì)，從而與電網(wǎng)電壓相平衡。同步電動(dòng)機(jī)能夠在功率因數(shù)cosφ=1的條件下運(yùn)行，不需要從電網(wǎng)吸取滯后的無(wú)功功率。更可貴的是，增加同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流，即在過勵(lì)的情況下，它可以從電網(wǎng)吸取超前的無(wú)功電流。同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電網(wǎng)電壓的一次方成正比，故其抗電源電壓波動(dòng)的能力強(qiáng)。同時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)在沖擊負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，可以用強(qiáng)制勵(lì)磁的方法來(lái)提高其過載能力。尤其在大量使用異步電動(dòng)機(jī)造成電網(wǎng)功率因數(shù)極壞的情況下，同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，受到人們的注意。
2．異步電動(dòng)機(jī)靠加大轉(zhuǎn)差來(lái)提高轉(zhuǎn)矩，同步電動(dòng)機(jī)靠加大功率角來(lái)提高轉(zhuǎn)矩，因此，同步電動(dòng)機(jī)比異步電動(dòng)機(jī)對(duì)負(fù)載擾動(dòng)具有更強(qiáng)的承受能力，而且轉(zhuǎn)速恢復(fù)響應(yīng)更快。
3．同步電動(dòng)機(jī)具有勵(lì)磁回路，即使在較低的頻率下也能正常運(yùn)行，因而，同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍較寬；由于異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電流依靠電磁感應(yīng)產(chǎn)生，在較低頻率下工作，轉(zhuǎn)子中難以產(chǎn)生必須的電流，因此，調(diào)速范圍較窄。
但與異步電動(dòng)機(jī)比較，同步機(jī)的缺點(diǎn)是啟動(dòng)比較復(fù)雜；要有直流勵(lì)磁