承鋼煉鋼廠于是1986年建成投產(chǎn)，該廠有3座20噸頂?shù)讖秃洗缔D(zhuǎn)爐和2臺方坯連鑄機，設計時采用了當時國內(nèi)外的一些新工藝、新設備，如頂?shù)讖秃洗禑?、吹氬、廢氣回收等。電控系統(tǒng)是當時國內(nèi)比較的模擬量恒磁通邏輯無環(huán)流直流拖動系統(tǒng)。該廠建成后使承鋼的煉鋼生產(chǎn)能力大幅度提高，從而也使該廠的生產(chǎn)在承鋼占有舉足輕重的地位。1994年5月，意外事故造成3座20噸轉(zhuǎn)爐全部停產(chǎn)。在這種萬分緊急的情況下，為恢復生產(chǎn)，在有關(guān)專家的指導下，承鋼在鋼鐵冶金轉(zhuǎn)爐上大膽采用了具有轉(zhuǎn)矩限定功能的全數(shù)字式交流變頻調(diào)速技術(shù)，用以取代原來的直流拖動系統(tǒng)，并獲得了成功。調(diào)試運行結(jié)果表明，新采用的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)具有可以與原直流系統(tǒng)相媲美的平滑調(diào)速特性，滿足工藝要求。而且，調(diào)速裝置體積較小、功能全、集成度高，相當于國際90年代水平。盡管操作人員習慣沒有改變，但由于裝備水平提高，裝置集成度高，且其自診斷和保護功能可靠，因此大大降低了熱停工時間。

　　一、轉(zhuǎn)爐原直流拖動系統(tǒng)簡介

　　1986年建成投產(chǎn)的3座轉(zhuǎn)爐，爐子傾動和氧槍升降的拖動系統(tǒng)采用的是模擬量恒磁通邏輯無環(huán)流直流拖動系統(tǒng)，恒磁通調(diào)壓調(diào)節(jié)器速，該系統(tǒng)具有兩個閉環(huán)、一個速度環(huán)、一個電流環(huán)，每座轉(zhuǎn)爐傾動由四臺22kW、650r/min直流電動機集中傳動，每座轉(zhuǎn)爐有兩根氧槍，每根氧槍由一臺22kW、650r/min直流電機單獨傳動。由于80年代初期我國電控配套水平所限（盡管該直流系統(tǒng)當時是國內(nèi)較的拖動系統(tǒng)），該系統(tǒng)十分龐大。每座轉(zhuǎn)爐的電控柜達14臺之多，繼電器、接觸器多達160個。因插件為分立元件，且系統(tǒng)是模擬控制方式，因此調(diào)試周期很能夠長（達3個月）。由于原系統(tǒng)存在先天性的不足，所以運行一段時間后熱停工時間增加，維護難度越來越大。尤其是繼電聯(lián)鎖部分和插件部分故障率相當高，不但維護費用高（達0.45元/噸鋼），而且嚴重制約著生產(chǎn)的正常運行。

　　二、轉(zhuǎn)爐傾動負載和氧槍升降負載特性及電動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)分析

　　1.氧槍負載特性及電動機運轉(zhuǎn)達狀態(tài)分析

　?。?）氧槍負載是典型的位能負載。

　　氧槍機械傳動系統(tǒng)示意圖如圖1所示。氧槍工藝要求如下：

　　4 Me=4*29.37=117.4694(kgf?m)

　　傳遞到爐子軸上的額定轉(zhuǎn)矩為

　　17.4694*802.3=94246.362(kgf?m)＞85 tf?m

　　即電機額定轉(zhuǎn)矩大于轉(zhuǎn)矩傾動力矩。

　　若考慮電動機的過載能力，

　　對Y系列電機：入= Mmax/ Me≈2.0，則轉(zhuǎn)矩為2*94.25=188.5 tf?m

　　對YZ系列電機：入= Mmax/ Me=(2.2~2.8),則轉(zhuǎn)矩將更大。

?。╞）氧槍電機傳遞到卷筒上的額定轉(zhuǎn)矩為

　　29.37*19.24=0.565( tf?m)

　　略小于氧槍負載轉(zhuǎn)矩0.6t?m，但考慮到電動機的轉(zhuǎn)矩為

　　2*29.37*19.24=1.13 tf?m

　　遠大于氧槍負載0.6t?m，故仍采用22kW電機試驗。

　　2）極數(shù)選擇。

　　由于原直流機的ne=650r/min，故選用8極交流電機，盡管額定轉(zhuǎn)速稍高一些（730r/min)。但若選用10極電機，其同步轉(zhuǎn)速僅為600r/min，要提高轉(zhuǎn)速必須提高頻率（50Hz以上），這樣，特性將會變?yōu)楹愎β?，這不適用于此種負載。

　?。?）變頻器的選用及其工作原理。

　　對于爐子傾動這種負載，變頻器選用的最重要原則之一是：所選變頻器必須具有在滿載或過載時輸出轉(zhuǎn)矩恒定的功能，也就是要用具有轉(zhuǎn)矩限定的無跳閘變頻器。另外要具有再生發(fā)電制動功能。還要注意到普通電機長期工作于低頻狀態(tài)時電機發(fā)熱現(xiàn)象（因低頻時電機風扇通風能力降低所致）?；谏鲜隹紤]，我們選用了FUJI FRENIC5000G7型變頻器。

　　爐子傾動電機總?cè)萘繛?*22=88kW，故選用FREN110G7 4型、400V系列變頻器。另配制動單元和制動電阻以及繼電單元。

　　氧槍升降電機容量為22kW,故選用FRN30G7-4型、400V系列變頻器。另配制動單元和制動電阻及繼電單元。

　　該型號變頻器是全數(shù)字大功率晶體管（GTR）變頻器。它具有兩個別16位CPU，通過它們可實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩限定、轉(zhuǎn)差補償控制、瞬時電源故障后的平穩(wěn)恢復以及自動加/減速控制，并具有低噪音、高可靠保護和錯誤診斷等功能。

　?。?）系統(tǒng)的設計特點和安裝調(diào)試情況簡介。

　　1）系統(tǒng)的設計特點及就注意的問題。

　　?轉(zhuǎn)爐傾動仍采用三地可選操作（操作室、爐前、爐后），以滿足工藝要求，操作開關(guān)仍采用原來的無觸點主令開關(guān)，從而可不改變原來的操作習慣。

　　?無觸點主令開關(guān)后加一相敏整流插件，經(jīng)得到0~10V的模擬量控制電壓。

　　?變頻器的頻率控制信號為0~±10V模擬量電壓信號的極性來改變電動機的正反運行方向。

　　?變頻器的運行命令需在主電源接通幾秒后方能接通，否則，若在主電源接通前該命令已接通，逆變器將診斷為故障，不工作。即FWD或REV與CM端子之間的接通應在主電源接通幾秒后才能接通。

　　?該變頻器設有的0.5~5Hz 起動頻率可維持0~10秒。5Hz以下由于諧波分量相對較大，會造成起動轉(zhuǎn)矩減小，故不易使用。

　　?為確保電機起動時有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩來確保重載起動的安全性，利用其頻率水平檢測信號端子FDT打開抱閘。即FDT和CME端子的輸出信號控制繼電單元，利用繼電單元的動合點去控制抱閘接觸器線卷（FDT和CME是無源點，當變頻器輸出頻率超過設定的檢測水平時，此信號有，否則無）。

　　?制動單元和變頻器之間的連線需注意不能接反極性和線號，否則制動單元將不能正常工作或不起制動作用。

　　?輔助控制電源R。、T。端子應從主電源接觸器電源側(cè)引接，以確保在變頻器故障跳閘或人為停運時，變頻器能正確顯示故障類型。

　　?除主回路和輔助控制電源外，變頻器的所有輸入和輸出端子的接線均應采用屏蔽，以解決電磁干擾問題，而屏蔽層一端要做良好接地。

　　?標有E（G），END的端子均應單獨良好接地，不要跨接。

　　?將主令開關(guān)零位時的閉點接到變頻器的滑行停止信號端子BX和CM端子上，從而使變頻器的主令開關(guān)回零位時或在零位時立即無輸出。
2）安裝調(diào)試情況。

　　變頻器運行期間，其環(huán)境溫度應在-10~+50°C之內(nèi)。垂直安裝時，振動要低于0.5G。周圍應無腐蝕性氣體。柜內(nèi)安裝時，應確保柜內(nèi)溫度不超過50°C。

　　調(diào)試時遇到的主要問題如下：

　　?設定完有關(guān)數(shù)據(jù)后，起車時抱閘打開，負載有溜車現(xiàn)象，且變頻器經(jīng)常出現(xiàn)過流。根據(jù)現(xiàn)象判斷是起動轉(zhuǎn)矩不夠。另外也說明了起動電流大并不等于起轉(zhuǎn)矩大。解決的方法是提高低頻率時的電壓，從而補償?shù)退贂r的轉(zhuǎn)矩。

　　?開始時以及用RUN和CME端子信號來控制抱閘開合時（即輸出輸出頻率達到5Hz時RUN為通，從而打開抱閘），發(fā)生負載下滑溜車現(xiàn)象，后改為用FDT頻率水平檢測信號端子來控制抱閘，提高了低頻時的電壓，使上述問題得以解決。當輸出頻率比設定頻率大時（FDT設定頻率為8Hz），F(xiàn)DT-CME之間為通，可通過繼電單元的動合接點接通抱閘接觸器打開抱閘。利用FDT功能就是讓電動機先堵轉(zhuǎn)建立起足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩后，抱閘才打開。從而保持在重載起動時的安全，避免了倒鋼或溜車事故的發(fā)生。

　　?3號轉(zhuǎn)爐調(diào)試時，主令開關(guān)均在零位（即未加頻率給定信號），但變頻器仍有3~7Hz的變化輸出。也就是說存在干擾輸入信號。檢查后發(fā)現(xiàn)0~±10V控制信號和主令二次輸出信號（約48V）在一根電纜里，將它們分開后此現(xiàn)象消失。由此可見，在施工中一定要注意做好屏蔽，強弱信號絕不能混用一根電纜。

　　?在2號轉(zhuǎn)爐氧槍試車時，曾發(fā)生一加給定，抱閘打開后，逆變器就立即故障，并顯示“F01 OU”的現(xiàn)象。查表可知是主電路直流過電壓。經(jīng)分析懷疑是制動單元未投入工作所致。檢查后發(fā)現(xiàn)，是THR和CM端子與制動單元及制動電阻的1和2端子連線接反，誤將THR接到制動單元的2端子上（應接制動單元的10端子）所致，將線改接后此現(xiàn)象消失。

　　?調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，用YZR繞線電機換Y系列鼠籠形電機，并將轉(zhuǎn)子直接短接后使用，亦能滿足工藝要求。目前均應用YZR繞線電機。

　　?在3號轉(zhuǎn)爐調(diào)試中，開始未加主令開關(guān)零位逆變器功能時發(fā)現(xiàn)，當主令開關(guān)回零后，抱閘合上，但電機有較大響聲。分析認為，當主令開關(guān)回零后，變頻器不是立即無輸出，而是按照預先設定好的減速曲線逐漸降到零輸出，故電機有響聲。后來加上主令開關(guān)零位后，此現(xiàn)象消失。

　　?由于3號轉(zhuǎn)爐由于事故停產(chǎn)，爐內(nèi)有26噸鐵水，已在爐底凝成大塊。因此負載的力矩遠大于設計的最在傾動力矩（85 tf?m），初步估算約為150 tf?m，而交流調(diào)速裝置仍能拖動轉(zhuǎn)爐傾動，可見恒轉(zhuǎn)矩變頻器能將交流電機的過載能力充分發(fā)揮出來。
三 、有待解決的問題

　　（1）由于時間太匆忙，未選用接地錯誤檢測單元，而煉鋼生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境又比較惡劣，因此經(jīng)常發(fā)生電機主電源電纜接地故障。對接地故障而言，若無檢測單元，變頻器將無保護功能，因此應及時完善功能。

　?。?）目前由于尚沒有PLC，當發(fā)生三地操作，主令只要有一個不在零位，而又恰需選擇該主令操作時，相當于人為加上頻率給定信號，因此將發(fā)生“自動”開車現(xiàn)象，十分危險。當然用繼電器亦可實現(xiàn)，但較復雜，因此應用早用PLC。

　?。?）目前三座轉(zhuǎn)爐均應用YZR繞線電機，應盡早更換YZ鼠籠電機。

　　在承鋼20噸轉(zhuǎn)爐傾動和氧槍升降上應用變頻器的實踐表明：

　?。?）具有轉(zhuǎn)矩限定的無跳閘變頻調(diào)速裝置適用于轉(zhuǎn)爐傾動和氧槍升降這樣的位能負載，且適用于沖擊性負載。

　　（2）交流變頻調(diào)速具有可與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美的調(diào)速特性，盡管我們所使用的FUJI G7交流調(diào)速裝置是開環(huán)控制，但它的功能相當于原來的雙閉環(huán)直流系統(tǒng)。

　　（3）由于計算機的應用和大量應用軟件的開發(fā)，以及電力電子器件的發(fā)展，使靜止變頻體積很少。因此目前的1面柜相當于原來直流系統(tǒng)14面柜的功能，從而使施工量大大減小，占地面積大大減小。

　?。?）調(diào)試周期大大縮短，每個系統(tǒng)僅需兩個小時即可，而原來系統(tǒng)的調(diào)試，約需兩三個月。

　?。?）由于元器件大大減小，故障率將大大降低。預計熱停工時間將減小50%以上。相應的維護費用亦將有較大降低（原來每年維護費用約為18萬元）。

　?。?）我們使用的G7型變頻器保護功能十分靈敏可靠。而且在某種意義上具有允許“誤操作”功能。比如，若將主令開關(guān)從零位迅速推到正給定位置（或負給定）或從正給定位置迅速推到負給定位置，若你的加/減速的速度比設定的快，變頻器將不跟隨你的命令，而是按照現(xiàn)場調(diào)試時已設定好的加/減速曲線自動進行加/減速。若速度比設定的慢，變頻器將執(zhí)行你的命令。這就是允許“誤操作”的含義。