三菱FR—A240E變頻器在方坯連鑄機(jī)高效改造中的應(yīng)用

　　摘要：文中闡述了FR—A240E變頻器的特性及交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的構(gòu)成，并重點(diǎn)論述了加減速參數(shù)的設(shè)定和變頻器的抗干擾措施。

　　1.概述

　　高效連鑄機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)連鑄機(jī)相比,以其高拉速、高作業(yè)率、高質(zhì)量的優(yōu)勢(shì)，近幾年在國(guó)內(nèi)得以較快的發(fā)展。我國(guó)小方坯高效連鑄機(jī)改造是“九五”科研攻關(guān)課題，幾年的實(shí)踐總結(jié)出許多的成功經(jīng)驗(yàn)。150方鑄坯的拉速以達(dá)到3.0m/min,而且鑄坯質(zhì)量也有大幅提高,萊鋼現(xiàn)有三臺(tái)小方坯連鑄機(jī)經(jīng)過(guò)考察論證,對(duì)2#小方坯連鑄機(jī)實(shí)施高效改造。在結(jié)晶器振動(dòng)和拉矯機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，由原設(shè)計(jì)的直流系統(tǒng)改造為交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。結(jié)合連鑄機(jī)結(jié)晶器振動(dòng)和拉矯機(jī)的工藝特性，選用高性能、超低噪聲的FR—A240E變頻器。

　　—A240E變頻器特性

　　連鑄機(jī)結(jié)晶器振動(dòng)裝置和拉矯機(jī)是連鑄機(jī)的主體設(shè)備，傳動(dòng)控制水平要求高，由于原設(shè)計(jì)的直流調(diào)速系統(tǒng)的直流電機(jī)在環(huán)境惡劣條件下工作，其故障率和維修率均較高，直接影響連鑄機(jī)的生產(chǎn)作業(yè)率和產(chǎn)品質(zhì)量。隨著交流變頻技術(shù)的日益完善，連鑄機(jī)結(jié)晶器振動(dòng)裝置和拉矯機(jī)應(yīng)用變頻技術(shù)已是一種必然趨勢(shì)。因FR—A240E系列變頻器具有高的性能、超低噪聲等特性，在2#連鑄機(jī)高效改造中被選用，其與通用變頻器相比具有一下特點(diǎn)：

　　2.1 適用負(fù)荷的選擇

　　FR—A240E變頻器具有根據(jù)負(fù)荷特性選擇輸出特性(V/F)，其適用于定力矩負(fù)荷，如輸送機(jī)、臺(tái)車等，也適用于升降機(jī)特性的負(fù)荷。其具有力矩提升功能，調(diào)整低頻區(qū)域電動(dòng)機(jī)的力矩，使其輸出特性與負(fù)荷特性相配合，以使構(gòu)成的系統(tǒng)具有高的動(dòng)態(tài)品質(zhì)特性。

　　2.2 磁通矢量控制

　　在需要大的啟動(dòng)力矩或充分低速力矩的場(chǎng)合和負(fù)荷劇烈變化的負(fù)荷時(shí),應(yīng)選擇其磁通控制功能。此功能啟動(dòng)力矩可達(dá)到150%/1Hz，而在高速區(qū)矢量控制同樣可以弱磁運(yùn)行，進(jìn)行恒功率調(diào)速，其速度力矩精度響應(yīng)頻率性能和指標(biāo)，可達(dá)到直流調(diào)速系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)。

　　2.3 瞬停后再啟動(dòng)特性

　　系統(tǒng)的瞬停再啟動(dòng),對(duì)于在線狀態(tài)的傳動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)極為重要的功能,由于在無(wú)磁場(chǎng)的情況下,選擇逐步上升曲線或瞬時(shí)速度來(lái)推定,其自由運(yùn)行時(shí)間的設(shè)定,為適應(yīng)負(fù)荷的慣性(GD),力矩大小可以在0.1—5s的范圍內(nèi)調(diào)整，再啟動(dòng)上升時(shí)間也是根據(jù)負(fù)荷的慣性、力矩大小在0.1—5s范圍內(nèi)調(diào)整，再啟動(dòng)控制輸出電壓的上升時(shí)間。

　　2.4 超低噪聲特性

　　噪聲有從外部侵入使變頻器誤動(dòng)的噪聲和變頻器輻射出使外圍設(shè)備誤動(dòng)的噪聲,FR—A240E系列變頻器為使噪聲端子電壓降低，在根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)的共振頻率之間的關(guān)系，在需要的場(chǎng)合，可以改變載波頻率，降低PWM載波頻率時(shí)，由變頻器發(fā)出的噪聲和泄露電流會(huì)減少。

　　3.結(jié)晶器振動(dòng)和拉矯機(jī)控制系統(tǒng)

　　2#連鑄機(jī)的控制系統(tǒng)由5臺(tái)西門子S7系列PLC構(gòu)成(每鑄流由一臺(tái)S7—PLC實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制,公用設(shè)備由一臺(tái)S7—PLC控制),采用PROFIBS—DF總線系統(tǒng)，通過(guò)通信模塊CP443—5實(shí)現(xiàn)編程器與MMI系統(tǒng)通信。鑄流的結(jié)晶器振動(dòng)及拉矯機(jī)交流變頻調(diào)速系統(tǒng)納入PLC系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)連鑄機(jī)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。

　　3.1 結(jié)晶器振動(dòng)控制系統(tǒng)

　　由變頻器構(gòu)成的結(jié)晶器振動(dòng)交流調(diào)速系統(tǒng),有兩種操作方式,一是在操作臺(tái)上手動(dòng)操作,二是由PLC的全自動(dòng)操作.在控制室的操作臺(tái)上實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)選擇,手動(dòng)時(shí)可在操作臺(tái)上實(shí)現(xiàn)振動(dòng)裝置的振動(dòng)頻率(電動(dòng)機(jī)速度)手動(dòng)給定,在操作平臺(tái)的機(jī)旁控制箱上可以控制電動(dòng)機(jī)的起停。這種方式是為檢修、調(diào)試設(shè)備時(shí)設(shè)置的，而連鑄機(jī)正常生產(chǎn)是選擇自動(dòng)方式，此時(shí)振動(dòng)電動(dòng)機(jī)隨著拉矯機(jī)的起停而自動(dòng)起停，結(jié)晶器的振動(dòng)頻率是根據(jù)拉矯機(jī)速度線性變化，其線性關(guān)系有連鑄工藝給定。

　　3.2 拉矯機(jī)的控制系統(tǒng)

　　拉矯機(jī)控制系統(tǒng)主要擔(dān)負(fù)著拉矯機(jī)的送引錠、啟動(dòng)、拉坯、停止的速度調(diào)節(jié)，拉矯一、二輥的壓下和抬起功能，其操作權(quán)在控制室的操作臺(tái)上，選擇手動(dòng)只能實(shí)現(xiàn)拉矯機(jī)的點(diǎn)動(dòng)操作，拉矯機(jī)以預(yù)先在變頻器上設(shè)定的速度值向上或向下慢速運(yùn)行。而自動(dòng)操作時(shí)，PLC根據(jù)設(shè)定的工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)拉矯機(jī)在送引錠時(shí)快速加速至額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，在整個(gè)拉坯過(guò)程變頻器根據(jù)來(lái)自PLC的給定值，實(shí)現(xiàn)速度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，以保證其拉坯速度運(yùn)行在工藝的給定參數(shù)值上，以此實(shí)現(xiàn)連鑄生產(chǎn)過(guò)程的全自動(dòng)控制。

　　4.加減速參數(shù)的設(shè)定

　　拉矯機(jī)及結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)一般要求快速啟動(dòng),如果tqg的值太大就不能滿足啟動(dòng)速度的要求,就需要加大MD,這就是要求增加電動(dòng)機(jī)的容量,變頻器的容量也相應(yīng)也要增大,若減速時(shí)間縮短,要在變頻器外部配置再生制動(dòng)組件,使系統(tǒng)的性能價(jià)格比下降。故系統(tǒng)的加減速時(shí)間是系統(tǒng)的重要參數(shù)。

　　4.1 加速時(shí)間的設(shè)定

　　變頻器的加速時(shí)間是指系統(tǒng)的頻率從0上升到50Hz所需要的時(shí)間,即是電動(dòng)機(jī)從零速上升到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間,電動(dòng)機(jī)從零速升高到工作速度ng所需的時(shí)間tqg按下式計(jì)算:

　　tqg=GD2ng/375(MD---Mj)

　　式中.MD—電動(dòng)機(jī)的加速力矩，計(jì)算時(shí)取值為(1.2—1.3)Me,Me 為電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)距;

　　Mj—負(fù)載的靜態(tài)阻轉(zhuǎn)距;

　　將tqg折算到從零速升到額定轉(zhuǎn)速neq的時(shí)間tqe

　　tqe=ned*tqg/ng

　　變頻器的軟啟動(dòng)時(shí)間應(yīng)設(shè)定得比計(jì)算的tqe長(zhǎng)些，如果設(shè)定得比tqe短，往往會(huì)因內(nèi)過(guò)電流而停止運(yùn)行。

　　4.2 減速時(shí)間設(shè)定

　　減速時(shí)間也是指電動(dòng)機(jī)的頻率變化從50Hz到零速的時(shí)間,即電動(dòng)由額定轉(zhuǎn)速至零轉(zhuǎn)速的時(shí)間,電動(dòng)機(jī)從工作轉(zhuǎn)速ng降至零速的時(shí)間可以有下式計(jì)算:

　　tzg=GD2ng/375(Mz+Mj)

　　式中:Mz—電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)力矩，計(jì)算時(shí)取(0.2—0.3)Me;

　　將tzg折算到從額定轉(zhuǎn)速ned降至零速時(shí)間tze

　　tze=

　　變頻器的軟制動(dòng)時(shí)間設(shè)定要比tze長(zhǎng)些,否則易出現(xiàn)直流制動(dòng)過(guò)電壓而跳閘。