西門子調(diào)速裝置在煉鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

1、<p>　　西門子調(diào)速裝置在煉鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用</p><p>　　摘 要：變頻調(diào)速技術(shù)是一種以改變交流電動(dòng)機(jī)的供電頻率采達(dá)到交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速目的的技術(shù)。從大范圍來分，電動(dòng)機(jī)有直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。由于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速容易實(shí)現(xiàn)，性能好，因此，過去生產(chǎn)機(jī)械的調(diào)速多用直流電動(dòng)機(jī)。但直流電動(dòng)機(jī)固有的缺點(diǎn)是，由于采用直流電源，它的滑環(huán)和碳刷要經(jīng)常拆換，故費(fèi)時(shí)費(fèi)工，成本高，給人們帶來不少的麻煩。因此人們希望，讓簡(jiǎn)單

2、可靠?jī)r(jià)廉的籠式交流電動(dòng)機(jī)也能像直流電動(dòng)機(jī)那樣調(diào)速。直到20世紀(jì)80年代，由于電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，才出現(xiàn)了變頻調(diào)速技術(shù)。它的出現(xiàn)就以其優(yōu)異的性能逐步取代其他交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式，乃至直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，而成為電氣傳動(dòng)的中樞?，F(xiàn)著重介紹了西門子全數(shù)字直流交流調(diào)速裝置6RA70系列的技術(shù)特點(diǎn)和工作原理，以及在煉鐵高爐上從交流與直流調(diào)速裝置的應(yīng)用原理、維護(hù)與調(diào)試著手，探討二者在煉鐵生產(chǎn)中的優(yōu)劣與前景。</p>

3、<p>　　關(guān)鍵詞：直流電動(dòng)機(jī)；交流電動(dòng)機(jī)；調(diào)壓調(diào)速；變頻調(diào)速</p><p>　　1 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理</p><p>　　1.1直流電動(dòng)機(jī)由轉(zhuǎn)子和定子兩大部分組成。定子是用勵(lì)磁繞組繞在定子磁極上而成的（這里不討論“永磁式直流電機(jī)”）；轉(zhuǎn)子是用電樞繞組嵌入轉(zhuǎn)子鐵芯（用來構(gòu)成磁路）而成的。定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組都通入直流電流。兩個(gè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。</p&

4、gt;<p>　　N和S是定子勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁極。電刷A接直流電源的正極，電刷B接直流電源的負(fù)極。因此電流總是從電刷A流入，經(jīng)轉(zhuǎn)子（也稱電樞）繞組有效邊ab后再由有效邊cd最后經(jīng)電刷B流出電樞繞組有效邊ab與cd處于定子勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，根據(jù)左手定則，且在電磁力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩推動(dòng)下，電樞將沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。電樞轉(zhuǎn)過180°時(shí)，電樞繞組ab邊和cd邊互換了位置，因與之相連的換向片也隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，所以各邊的電流方向也改

5、變，這就是換向片的換向原理。利用這種換向原理，使電樞繞組各邊到達(dá)同一磁極下時(shí)具有相同的電流方向，從而使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生固定方向的電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電樞沿順時(shí)針方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，如此循環(huán)往復(fù)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。實(shí)際的電動(dòng)機(jī)有許多組電樞繞組，每組電樞繞組都有一對(duì)換向片，這些換向片就組成了一個(gè)換向器。</p><p>　　綜上所述，直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有以下兩個(gè)特點(diǎn)：</p><p>　　（1）定子勵(lì)磁

6、電路和電樞供電電路基本上是相互獨(dú)立的，可以分別進(jìn)行調(diào)節(jié)。</p><p>　?。?）兩個(gè)磁場(chǎng)（由定子勵(lì)磁電路產(chǎn)生的主磁場(chǎng)和電樞供電電路產(chǎn)生的電樞磁場(chǎng)）互相垂直。</p><p>　　這是直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能的原因。</p><p>　　1.2直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速</p><p><b>　　調(diào)壓調(diào)速</b></

7、p><p>　　在負(fù)載轉(zhuǎn)矩T和磁通Φ不變時(shí)，降低電樞電壓Ua可以降低轉(zhuǎn)速n，從而得到一系列平行的機(jī)械特性。但只能在額定電壓以下進(jìn)行調(diào)速。其優(yōu)點(diǎn)是：可平滑調(diào)速，控制方便；機(jī)械特性硬，穩(wěn)定性好；調(diào)速范圍大，可達(dá)6~10倍。</p><p>　　在額定轉(zhuǎn)速以上弱磁升速</p><p>　　在負(fù)載轉(zhuǎn)矩T和電樞電壓Ua不變時(shí)，減弱磁通Φ（通過在勵(lì)磁繞組上串聯(lián)一個(gè)可變電阻Rf進(jìn)行調(diào)

8、節(jié)，若電阻Rf增大，勵(lì)磁電流If減少，磁通Φ也隨之減弱）可以在額定轉(zhuǎn)速以上升高轉(zhuǎn)速n，得到一系列變陡了的不平行的機(jī)械特性，但仍屬硬特性，其優(yōu)點(diǎn)是：可平滑調(diào)速，控制方便；機(jī)械特性雖然沒有調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性硬，但也是斜率不大的直線，仍屬較硬特性，穩(wěn)定性也較好；有一定的調(diào)速范圍，專門生產(chǎn)的弱磁升速的電動(dòng)機(jī)，其調(diào)速范圍可達(dá)3～4倍。</p><p>　　2 交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)</p><p>

9、;　　用半導(dǎo)體電力電子器件構(gòu)成的變頻器，把50（或60）Hz的交流電變成頻率可調(diào)的交流電，供給交流電動(dòng)機(jī)，用以改變交流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度的技術(shù)，稱為交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速技術(shù)的道理簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)卻很難，人們經(jīng)過100年的苦苦探索，直到20世紀(jì)80年代以后，隨著大功率電力電子器件的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)才得以快速發(fā)展，日益成熟；當(dāng)今以其高效的拖動(dòng)性能和良好的控制特性，在各種工業(yè)領(lǐng)域，都獲得了廣泛應(yīng)用。在交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展過程

10、中，可以看到理論和實(shí)踐相互促進(jìn)，共同發(fā)展的美好展現(xiàn)。</p><p>　　2.1交流電動(dòng)機(jī)的變頻器種類</p><p>　　按變換環(huán)節(jié)分為兩大類：交—直—交變頻器，交—交變頻器。變頻器根據(jù)其變頻的原理分為直接變頻和間接變頻；直接變頻為交—交變頻。交—交變頻器把頻率固定的交流電直接變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電。其主要優(yōu)點(diǎn)是沒有中間環(huán)節(jié)，故變換效率高。但其連續(xù)可調(diào)的頻率范圍窄，一般為額定頻率的1

11、/2以下，故它主要用于低速大容量的拖動(dòng)系統(tǒng)中。</p><p>　　間接變頻為交—直—交變頻。間接變頻是指將交流經(jīng)整流器后變?yōu)橹绷?，然后再?jīng)逆變器調(diào)制為頻率可調(diào)的交流電。交—直—交變頻器由整流器、中間濾波器和逆變器三部分組成。整流器是三相橋式整流電路，其作用為將定壓、定頻的交流電變換為可調(diào)直流電，然后作為逆變器的直流供電電源；中間濾波器由電抗器或電容組成，其作用是對(duì)整流后的電壓或電流進(jìn)行濾波；逆變器也是三相橋式整

12、流電路，但它的作用與整流器相反，是將直流電變換（調(diào)制）為可調(diào)頻率的交流電，它是變頻器的主要部分。</p><p>　　交—直—交變頻器又分為兩種，其區(qū)別在整流器上，即可控整流器和不可控整流。</p><p>　　（1）用可控整流器調(diào)壓，用逆變器調(diào)頻的交—直—交變頻器，調(diào)壓和調(diào)頻分別在兩個(gè)環(huán)節(jié)上進(jìn)行。這里，若輸入環(huán)節(jié)采用晶閘管相控整流器，功率因數(shù)較低；若輸出環(huán)節(jié)采用三相六拍逆變器，輸出的電流

13、有較大的諧波。</p><p>　?。?）用不可控整流調(diào)壓，用脈寬調(diào)制逆變器的交一直一交變頻器。該交一直一交變頻器的脈寬調(diào)制逆變器采用全控式電力電子器件，使輸出諧波減少。該諧波減少的程度取決于脈寬調(diào)制的開關(guān)頻率，而開關(guān)頻率受器件開關(guān)時(shí)間的限制。采用P-MOSFET或IGBT時(shí)，開關(guān)頻率可達(dá)20KHz以上，輸出波形已非常接近正弦波，因而又稱為正弦脈沖調(diào)制逆變器（SPWM），為目前通用變頻器常采用。</p>

14、;<p>　　2.2按濾波方式分類</p><p>　　濾波方式一般分電壓型和電流型兩種。</p><p><b>　?。?）電壓型變頻器</b></p><p>　　在交—直—交變壓變頻裝置中，當(dāng)中間直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波時(shí)，直流電壓波形比較平直，在理想情況下可以等效成一個(gè)內(nèi)阻抗為零的恒壓源，輸出的交流電壓是矩形波或階梯波，這類

15、變頻裝置叫做電壓型變頻器。一般的交—交變壓變頻裝置雖然沒有濾波電容，但供電電源的低阻抗使它具有電壓源的性質(zhì)，也屬于電壓型變頻器。</p><p><b>　　（2）電流型變頻器</b></p><p>　　在交—直—交變壓變頻裝置中，當(dāng)中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波時(shí)，直流電流波形比較平直，因而電源內(nèi)阻抗很大；對(duì)負(fù)載來說基本上是一個(gè)電流源，輸出交流電流是矩形波或階梯波，這

16、類變頻裝置叫做電流型變頻器。有的交—交變壓變頻裝置用電抗器將輸出電流強(qiáng)制變成矩形波或階梯波，具有電流源的性質(zhì)，它也是電流型變頻器。</p><p>　　變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用可分為兩大類：一類是用于電機(jī)傳動(dòng)調(diào)速；另一類是用于各種靜止電源。變頻調(diào)速器最為典型的應(yīng)用時(shí)電機(jī)傳動(dòng)調(diào)速，電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)以其優(yōu)異的調(diào)速和啟動(dòng)、制動(dòng)性能，高效率、高功率因數(shù)，顯著的節(jié)電效果，進(jìn)而可以改善工藝流程，提高產(chǎn)量質(zhì)量，改善工作環(huán)境，推動(dòng)

17、技術(shù)進(jìn)步，以及廣泛的適用范圍等許多優(yōu)點(diǎn)而被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速技術(shù)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]王青芳，郭章慶，焦紅現(xiàn)等.變頻調(diào)速在高爐卷?yè)P(yáng)上料控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].河南冶金，2006（1）.</p><p>　　[2]陶利，康停震.變頻器應(yīng)用于煉鐵高爐料車卷?yè)P(yáng)機(jī)[J].電氣時(shí)代，200