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变频调速技术在炼钢厂120T转炉倾动、氧枪系统的自动控制应用

发表评论（0）作者：李德平发布时间：2013年3月14日

    变频器调速技术在炼钢厂120T转炉倾动、氧枪
    系统的自动控制应用

    李德平

    酒泉钢铁集团有限责任公司碳钢薄板厂,甘肃嘉峪关735100.
    摘要：变频器，自动化控制技术。
    关键词：变频器
    1．前言
    酒钢碳钢薄板厂炼钢工序有3座120t顶底复吹转炉，转炉氧枪和转炉倾动采用矢量控制变频器，以矢量控制（磁场定向法）又称VC控制矢量控制变频调速的做法是：将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic、通过三相—二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，以转子磁通定向，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。然而转子磁链难以准确观测，以及矢量变换的复杂性，实际效果不如理想的好。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。 1#转炉已经于2005年4月份投产，2#和3#转炉将于2006年初投产，三座转炉的倾动和氧枪系统均采用罗克韦尔自动化公司Allen-Bradley Logix平台控制系统-ControlLogix，NetLinx网络架构–ControlNet，基于磁场定向矢量控制（Field-oriented Control）技术的1336 Force交流变频器，实现转炉倾动和氧枪系统的自动控制，其自诊断和保护功能可靠，降低了设备故障停机时间，大大提高了生产效率。
    2.炼钢厂转炉传动系统概述
    转炉设备是炼钢厂的关键生产设备，其炉体外形如下图所示。转炉系统主要的电力传动设备包括炉体倾动的电力传动设备及氧枪传动的电力控制设备。
    2.1转炉倾动的电力传动设备
    在酒钢碳钢薄板厂120T转炉系统中，炉体倾动部分采用四台倾动电机，通过减速机刚性连接，并采用全悬挂固定方式和扭力杆力矩吸收方式，如图1所示。标准术语是：全悬挂四点啮合柔性传动方式。

    2.2 转炉倾动工作方式及控制要求
    在转炉的冶炼过程中，倾动电机的具有如下特点：
    • 转炉倾动装置由四台倾动电机同时驱动，四台电动机同步启动，加、减速及同步运行，并要求它们保持速度同步和均匀的负荷分配。
    • 转炉倾动速度可以在0.12～1.0rpm之间进行倾动速度调节，转炉倾动角度范围0～±360°
    • 一台或二台电机出现故障时，要求传动系统仍能继续运转，这时，余下的二台或三台电机短时间内可低速运行，并保持速度同步和均匀的负荷分配。
    • 转炉倾动过程中，在不同的工况下，倾动电机有时处于电动状态，有时处于发电状态，传动装置需要解决能量回馈问题。
    • 倾动控制装置必须解决传动与抱闸机构之间的协调控制问题，防止“溜车”现象的发生。
    • 转炉倾动装置具有大惯量、重载的运行特点，要求传动装置有足够的起动力矩和过载能力。
    2.3 氧枪传动的电力控制设备
    炼钢厂转炉的另一个关键设备是氧枪。图2是氧枪传动系统示意图。



    氧枪是典型的位能负载，也是典型的提升应用，氧枪控制装置必须解决传动与抱闸机构之间的协调控制问题，防止发生“坠枪”事故。
    2.4 氧枪工作方式及控制要求
    氧枪传动系统具有如下特点：
    氧枪下降时，电动机处于发电状态，要求氧枪传动装置能解决能量回馈问题。
    酒钢碳钢薄板厂每台转炉配有两套氧枪，两台氧枪升降设备，一台工作，一台在待机位用于维修或备用；氧枪的升降速度可无级调节。
    氧枪也具有大惯量、重载高力矩启动的运行特点，要求传动装置有足够的起动力矩和过载能力。
    3．转炉倾动负载和氧枪升降负载特性及电动机运转状态分析
    3.1酒钢集团120T转炉工艺参数及传动系统配置：
    根据酒钢泉钢铁（集团）有限责任公司“十五”发展规划，新建了200万吨热轧薄板工程，炼钢厂120T转炉工程2005年4月陆续投产，传动部分采用了罗克韦尔自动化公司性能卓越的1336 Force交流变频器，该转炉传动变频控制系统自动化控制在国内达到了领先水平，其传动部分的主要工艺参数如下：
    转炉公称容量：120吨；
    工作倾动力矩：240吨.米；
    过载倾动力矩：660吨.米；
    倾动速度：0.12-1.0r/min；
    倾动角度：+/-360；
    过载能力：起动力矩（低频1HZ）：1.5倍额定力矩（20秒）；
    过载力矩（最低速）：1.8倍额定力矩（20 秒）；
    倾动速度：0.12～1.0转/min；
    设计最大倾动力矩为240吨.米；
    过载倾动力矩：660吨.米；倾动电机：YTSZ315S-10/110KW/230A
    氧枪吹氧时间：14～16min/炉；
    提升速度：快速40m/min，慢速5m/min
    氧枪电机：YTSZ315S-4/132KW/240A
    氧<<IMG SRC="/WF_SQL_XSRF.html">　

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