西門子調速裝置在煉鐵生產中的應用

1、西門子調速裝置在煉鐵生產中的應用    摘  要：變頻調速技術是一種以改變交流電動機的供電頻率采達到交流電動機調速目的的技術。從大范圍來分，電動機有直流電動機和交流電動機。由于直流電動機調速容易實現，性能好，因此，過去生產機械的調速多用直流電動機。但直流電動機固有的缺點是，由于采用直流電源，它的滑環(huán)和碳刷要經常拆換，故費時費工，成本高，給人們帶來不少的麻煩。因此人們希望，讓簡單可靠價廉的籠式交流電動機也能像直流電動機那樣調速。直到20世紀80年代，由于電力電子技術、微電子技術和信息技術的發(fā)展，才出現了變頻調速技術。它的出現就以其優(yōu)異的性能逐步取

2、代其他交流電動機調速方式，乃至直流電動機調速系統(tǒng)，而成為電氣傳動的中樞。現著重介紹了西門子全數字直流交流調速裝置6RA70系列的技術特點和工作原理，以及在煉鐵高爐上從交流與直流調速裝置的應用原理、維護與調試著手，探討二者在煉鐵生產中的優(yōu)劣與前景。關鍵詞：直流電動機；交流電動機；調壓調速；變頻調速        1 直流電動機的工作原理        1.1直流電動機由轉子和定子兩大部分組成。定子是用勵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”

3、）；轉子是用電樞繞組嵌入轉子鐵芯（用來構成磁路）而成的。定子繞組和轉子繞組都通入直流電流。兩個電流產生的磁場相互作用，使轉子旋轉。        N和S是定子勵磁繞組產生的磁極。電刷A接直流電源的正極，電刷B接直流電源的負極。因此電流總是從電刷A流入，經轉子（也稱電樞）繞組有效邊ab后再由有效邊cd最后經電刷B流出電樞繞組有效邊ab與cd處于定子勵磁繞組產生的磁場中，根據左手定則，且在電磁力所產生的轉矩推動下，電樞將沿順時針方向旋轉。電樞轉過180°時，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動

4、，所以各邊的電流方向也改變，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同一磁極下時具有相同的電流方向，從而使電動機產生固定方向的電磁轉矩，驅動電樞沿順時針方向繼續(xù)旋轉，如此循環(huán)往復。這就是直流電動機的工作原理。實際的電動機有許多組電樞繞組，每組電樞繞組都有一對換向片，這些換向片就組成了一個換向器。        綜上所述，直流電動機的結構有以下兩個特點：        （1）定子勵磁電路和電樞供電電路基本上是相互獨立的，可以分別進行調節(jié)。

5、        （2）兩個磁場（由定子勵磁電路產生的主磁場和電樞供電電路產生的電樞磁場）互相垂直。        這是直流電動機具有優(yōu)良的調速性能的原因。        1.2直流電動機的調速        調壓調速        在負載轉矩T和磁通

6、不變時，降低電樞電壓Ua可以降低轉速n，從而得到一系列平行的機械特性。但只能在額定電壓以下進行調速。其優(yōu)點是：可平滑調速，控制方便；機械特性硬，穩(wěn)定性好；調速范圍大，可達610倍。        在額定轉速以上弱磁升速        在負載轉矩T和電樞電壓Ua不變時，減弱磁通（通過在勵磁繞組上串聯(lián)一個可變電阻Rf進行調節(jié)，若電阻Rf增大，勵磁電流If減少，磁通也隨之減弱）可以在額定轉速以上升高轉速n，得到一系列變陡了的不平行的機械特性，但仍屬硬特性，其優(yōu)點

7、是：可平滑調速，控制方便；機械特性雖然沒有調壓調速的機械特性硬，但也是斜率不大的直線，仍屬較硬特性，穩(wěn)定性也較好；有一定的調速范圍，專門生產的弱磁升速的電動機，其調速范圍可達34倍。        2 交流電動機的變頻調速技術        用半導體電力電子器件構成的變頻器，把50（或60）Hz的交流電變成頻率可調的交流電，供給交流電動機，用以改變交流電動機的運轉速度的技術，稱為交流電動機的變頻調速技術。變頻調速技術的道理簡單，實現卻很難，人們經過100年

8、的苦苦探索，直到20世紀80年代以后，隨著大功率電力電子器件的發(fā)展，變頻調速技術才得以快速發(fā)展，日益成熟；當今以其高效的拖動性能和良好的控制特性，在各種工業(yè)領域，都獲得了廣泛應用。在交流電動機的變頻調速技術的發(fā)展過程中，可以看到理論和實踐相互促進，共同發(fā)展的美好展現。        2.1交流電動機的變頻器種類             按變換環(huán)節(jié)分為兩大類：交直交變頻器，交交變頻器。變頻器根據其變頻的原理分

9、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)可調的交流電。其主要優(yōu)點是沒有中間環(huán)節(jié)，故變換效率高。但其連續(xù)可調的頻率范圍窄，一般為額定頻率的1/2以下，故它主要用于低速大容量的拖動系統(tǒng)中。        間接變頻為交直交變頻。間接變頻是指將交流經整流器后變?yōu)橹绷?，然后再經逆變器調制為頻率可調的交流電。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，

10、其作用是對整流后的電壓或電流進行濾波；逆變器也是三相橋式整流電路，但它的作用與整流器相反，是將直流電變換（調制）為可調頻率的交流電，它是變頻器的主要部分。        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。        （1）用可控整流器調壓，用逆變器調頻的交直交變頻器，調壓和調頻分別在兩個環(huán)節(jié)上進行。這里，若輸入環(huán)節(jié)采用晶閘管相控整流器，功率因數較低；若輸出環(huán)節(jié)采用三相六拍逆變器，輸出的電流有較大的諧波。 &#

11、160;      （2）用不可控整流調壓，用脈寬調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制的開關頻率，而開關頻率受器件開關時間的限制。采用P-MOSFET或IGBT時，開關頻率可達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制逆變器（SPWM），為目前通用變頻器常采用。        2.2按濾波方式分類     &

12、#160;  濾波方式一般分電壓型和電流型兩種。        （1）電壓型變頻器        在交直交變壓變頻裝置中，當中間直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波時，直流電壓波形比較平直，在理想情況下可以等效成一個內阻抗為零的恒壓源，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，也屬于電壓型變頻器。     

13、60;  （2）電流型變頻器        在交直交變壓變頻裝置中，當中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波時，直流電流波形比較平直，因而電源內阻抗很大；對負載來說基本上是一個電流源，輸出交流電流是矩形波或階梯波，這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制變成矩形波或階梯波，具有電流源的性質，它也是電流型變頻器。        變頻調速技術的應用可分為兩大類：一類是用于電機傳動調速；另一類是用于各種靜止電源。變頻調速器最為典型的應用時電機傳動調速，電機交流變頻調速技術以其優(yōu)異的調速和啟動、制動性能，高效率、高功率因數，顯著的節(jié)電效果，進而可以改善工藝流程，提高產量質量，改善工作環(huán)境，推動技術進步，以及廣泛的適用范圍等許