摘要：作為一臺完全靠電磁力驅(qū)動(dòng)并且與金屬溶液無接觸的金屬溶液攪拌設(shè)備，電磁攪拌機(jī)可提高合金的整體均勻度，縮短熔煉時(shí)間，減少燒損，提高產(chǎn)品質(zhì)量。本文主要介紹了Goodrive800四象限變頻器應(yīng)用在電磁攪拌設(shè)備上的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：冶金，電磁攪拌，Goodrive800

前言

由于其具有各種優(yōu)點(diǎn)，比如無接觸污染、均勻的溶液溫度、較短的熔煉時(shí)間、相同的化學(xué)成分、減少氧化渣、低燒損、高指數(shù)可控性和高電氣化水平，作為金屬冶煉過程中的關(guān)鍵設(shè)備，電磁攪拌機(jī)已廣泛應(yīng)用于冶金行業(yè)。變頻電源是電磁攪拌機(jī)的重要組成部分，其特點(diǎn)決定了金屬冶煉的質(zhì)量、節(jié)能效果、攪拌質(zhì)量指數(shù)。一般來說，電磁攪拌機(jī)的傳統(tǒng)電源是AC-AC或兩象限AC-DC-AC，其中存在許多缺陷，比如功率因數(shù)低、諧波干擾大、電網(wǎng)能量回饋不可行、突然斷電時(shí)容易致使爆炸事故。而四象限變頻器可以科學(xué)配置，給電磁攪拌系統(tǒng)提供變頻電源，從而可避免傳統(tǒng)電源的諸多缺陷。

I.工作原理

感應(yīng)電磁攪拌機(jī)主要由變頻電源和電感器組成。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，高強(qiáng)度的磁場作用于金屬溶液（導(dǎo)體），因此使得它有規(guī)律地移動(dòng)。變頻電源改變50/60Hz交流工頻為可調(diào)輸出電壓0.5~5.0Hz 變頻分離低頻電源，當(dāng)電源通過電感器時(shí)形成交替移動(dòng)磁場，移動(dòng)磁場通過穿透在爐底部的不銹鋼板對金屬溶液產(chǎn)生作用，在磁場的作用下，金屬溶液產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流，同時(shí)在磁場的交互作用下，感應(yīng)電流產(chǎn)生電磁力，從而使金屬溶液有規(guī)律地移動(dòng)，達(dá)到溶液攪拌的目的。改變移動(dòng)磁場的方向和強(qiáng)度能有效地控制金屬液的攪拌方向和強(qiáng)度。電磁攪拌示意圖如圖（1）所示。

              

圖（1）電磁攪拌示意圖

II.變頻電源的技術(shù)要求

•變頻分離控制

•上位機(jī)觸摸屏和MODBUS之間的通信

•電壓等級：AC 380V

•功率因數(shù)≥0.96，滿負(fù)荷在0.98以上

•AC-DC-AC四象限變頻器

•允許三相輸出電流不平衡度≥15％

•可調(diào)頻率0.5Hz-5HZ，正常運(yùn)行頻率0.5Hz-1Hz

•頻率調(diào)整分辨率0.1Hz（至少），0.05Hz（最佳）

•可設(shè)定運(yùn)行時(shí)間

•倒計(jì)時(shí)停止設(shè)置

•低頻大電感器件

•需要考慮緊急停止時(shí)負(fù)載電感的能量釋放

III.變頻電源的選擇和配置

名稱	型號	額定電壓	額定功率	數(shù)量	備注
LCL過濾器	GD800-01-0090-4	AC380V	90kW	1
整流模塊	GD800-51-0090-4	AC380V	90kW	1
逆變器模塊	GD800-51-0200-4	AC380V	200kW	1
輸出反應(yīng)器	ACL2-160-4	AC380V		1
制動(dòng)單元	DBU100H-320-4	DC560V		1
制動(dòng)電阻	520W 10Ω±5%			4
Profibus-DP通訊卡	EC-TX103			1

 

IV.接線圖

圖（2） 四象限變頻器主電路接線圖

V. Goodrive800四象限變頻器應(yīng)用在電磁攪拌設(shè)備上的優(yōu)點(diǎn)

變頻電源Goodrive800四象限變頻器是一款專為高端市場而研發(fā)的高性能變頻器。其電流額定值是根據(jù)在高負(fù)載情況而設(shè)計(jì)的，因此它適用于高過載容量、高可靠性和連續(xù)運(yùn)行的環(huán)境。

通過采用國際流行的模塊化設(shè)計(jì)，Goodrive800四象限變頻器可以提供整流單元、逆變單元和濾波器單元或一整套設(shè)備，以滿足OEM和集成系統(tǒng)用戶和客戶的要求。其技術(shù)特點(diǎn)如下：

◆整流采用IGBT有功部分，PWM調(diào)制可以把再生能量轉(zhuǎn)換為電力，然后反饋給電網(wǎng)，功率因數(shù)可以達(dá)到0.98以上，因此，可以實(shí)現(xiàn)最大化節(jié)能；

◆母線電壓和輸出電壓連續(xù)、可控、穩(wěn)定（電網(wǎng)側(cè)電壓波動(dòng)影響較少），解決了因AC-AC變頻器或普通二象限變頻器的大電壓波動(dòng)而對金屬冶煉產(chǎn)生的影響；

◆提供變頻控制、開環(huán)矢量控制和閉環(huán)矢量控制，支持變頻分離，解決了電磁攪拌機(jī)在特殊負(fù)載情況下正常工作時(shí)，安全停機(jī)的自動(dòng)保護(hù)問題；

◆采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于組裝和現(xiàn)場維護(hù)；各單元的接線均為頂入底出，滿足了公共直流母線方案。

◆各單元之間采用光纖通信，以實(shí)現(xiàn)主控板和單元控制之間光電隔離，在長距離傳輸?shù)奶厥庖笙?，確保系統(tǒng)的可靠性；

◆支持多種通訊協(xié)議包括Modbus、Profibus、CAN、以太網(wǎng)和DeviceNet，適用于各類工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用；

◆提供完善的變頻保護(hù)功能。除了傳統(tǒng)的保護(hù)功能，比如過流保護(hù)、過壓保護(hù)、過溫保護(hù)，還關(guān)注電機(jī)側(cè)的保護(hù)，通過溫度檢測端，實(shí)時(shí)檢測電機(jī)的運(yùn)行溫度，以提供有效的過溫保護(hù)；

◆標(biāo)準(zhǔn)STO（安全關(guān)斷），SS1（安全停止1），SLS（安全限速），SBC（安全制動(dòng)控制）保護(hù)最大化地確保系統(tǒng)的安全性和可靠性；

◆EMC性能滿足C3要求。

VI.現(xiàn)場調(diào)試和參數(shù)設(shè)置

Goodrive800四象限變頻器整流單元的參數(shù)設(shè)置：

功能碼	名稱	設(shè)置值	說明
P00.00	工作模式	0	整流模式
P00.03	運(yùn)行模式	0	Cosφ模式
P00.05	DC母線電壓	670	制動(dòng)單元滯后曲線的下限是680V，適當(dāng)降低DC母線電壓參照值
P00.07	載頻	3.0	默認(rèn)設(shè)置
P00.08	PWM控制	1	三相調(diào)制

Goodrive800四象限變頻器逆變單元的參數(shù)設(shè)置：

功能碼	名稱	設(shè)置值	說明
P00.00	速度控制模式	2	變頻控制
P00.03	最大輸出頻率	10Hz
P00.04	運(yùn)行頻率上限	2Hz
P00.11	ACC時(shí)間1	40s
P00.12	DEC time 1 DEC時(shí)間1	40s
P04.00	變頻曲線設(shè)置	5	變頻曲線隔離
P04.09	電機(jī)轉(zhuǎn)差率補(bǔ)償增益	0%
P04.10	低頻振動(dòng)控制系數(shù)	0
P04.11	高頻振動(dòng)控制系數(shù)	0
P04.27	電壓設(shè)置	6	PID額定電壓
P04.29	增壓時(shí)間	5s
P04.30	減壓時(shí)間	1s
P09.00	PID參考源	0	鍵盤數(shù)字參考
P09.02	PID反饋源	9	輸出電流為PID反饋源
P09.04	比例增益	0.6
P09.05	整體時(shí)間	0.12
P11.05	電流限制作用	0	無效電流限制

由于變頻電源的負(fù)荷為較大電感（約25mH），會(huì)存在因大電感的能量釋放而引起的沖擊。行業(yè)應(yīng)用中的技術(shù)難點(diǎn)是：1.在0.8~2Hz運(yùn)行頻率，350A工作電流和45°C環(huán)境溫度的情況下，保持長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行；2.滑行停車時(shí)，可以成功釋放大電感能量，對電網(wǎng)無任何沖擊，也不會(huì)引起故障報(bào)警；3.在電網(wǎng)異常關(guān)閉情況下，確保大電感能量可以成功釋放；4.在額定負(fù)載（320A）的情況下，反饋到電網(wǎng)的功率因數(shù)應(yīng)不低于96％。

為了保證在滑行停車或電網(wǎng)異常關(guān)閉的情況下，能夠成功釋放大電感能量，在變頻電源的DC母線上增加制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，以便及時(shí)釋放再生能量。最后，進(jìn)行負(fù)載測試，在額定負(fù)載下，能量回饋功率因數(shù)達(dá)0.98以上。至此，調(diào)試圓滿成功，受到客戶高度贊揚(yáng)。

                

圖（3）Goodrive800四象限變頻器                     圖（4）Goodrive800逆變單元

VII.結(jié)論

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國更加重視工業(yè)污染和工業(yè)設(shè)備的節(jié)能。由于其各種優(yōu)點(diǎn)，如綠色、環(huán)保、節(jié)能以及功能完善，Goodrive800四象限變頻器將被廣泛應(yīng)用于冶金行業(yè)的電磁攪拌設(shè)備上。

[1] 深圳市英威騰電氣股份有限公司《GD800系列變頻速度控制系統(tǒng)操作說明書》