摘要：本文以西门子6SE70系列变频器在某钢铁厂麦尔兹石灰窑单斗提升机系统中的应用为例，论述了变频调速技术的特点。
关键词：变频；单斗提升机；应用
1.概述
三相异步电动机转速公式为：
其中，n为电机转速，f为电机运行频率，p为电机极对数，s为电机转差率。
常用的电机调速方法有变极对数调速、变频调速、串级调速、定子调压调速、电磁调速、转子串电阻调速等，其中前三种调速方法比较高效，而后三种则比较低效。
在单斗提升机系统中，以前采用比较普遍的调速方法是转子串电阻调速，电阻的投切一般用接触器和开闭控制器控制。电机起动和制动时接触器和开闭控制器需要频繁动作，长时间运行触头易氧化，容易引发设备事故。此外，电机在串电阻起动时机械特性较差，容易发生堵转且电流对电动机的冲击大，容易造成电动机损坏，而停车时在所串电阻上产生相当大的功耗，既损坏设备又不节能。近年来交流变频调速技术迅速发展起来，调速方式的不断进步，使得运用于提升机系统的交流调速技术不仅仅局限于传统的调速方式，变频调速技术也越来越多地在提升机控制系统中广泛应用，充分发挥出变频调速的优势。
2.单斗提升机控制要求
麦尔兹石灰窑工艺由瑞士麦尔兹公司引进，生产过程自动控制。上料系统采用斜桥式单斗提升机上料，斜桥式上料系统主要由斜桥、单斗、卷扬提升机等三部分组成。单斗在斜桥上的运动分为大致分为起动、加速、稳定运行、减速、倾翻及制动六个阶段。
单斗提升机基本的工艺控制要求如下：
（1）卷扬提升机按单斗行程曲线运行。
（2）在PLC及现场操作台手动（仅用于检修）方式下，满足高、低速调速要求。
（3）单斗起动、停车及加减速应平稳，速度控制受负载（空载或满载）影响较小。
（4）主卷扬提升机有钢丝绳松弛保护和极限张力保护装置（过流保护）。
（5）单斗有上、下行程极限保护装置。
（6）单斗有尚未到达行程终点的卷扬机反转保护；在卡车的状态下，可允许停车或有控下行。
单斗在窑前料仓底部，备料装好后，窑前料仓闸门关闭，窑顶料仓申请上料，由PLC发出命令给变频器，6SE70在接到开车命令后系统解封。通过6SE70系统中的抱闸控制功能，建立在抱闸状态下的转矩限幅给出的起动力矩电流后，6SE70系统发出打开抱闸命令，使抱闸打开，实现料车的平稳起动。
图1单斗运行曲线
当单斗起动运行后，所需的运行力矩电流大于起动力矩电流后，原来建立的转矩限幅将恢复到正常的限幅值。起动后，单斗将以10Hz速度自S1处开始上行；通过位置开关检测至加速点S2时，PLC发命令给变频器，运行速度增加至45Hz；上行至减速位置S3（接近窑顶弯轨处）时，运行速度减至10Hz；单斗运行至窑顶倾翻位置S4时，PLC发出停车命令，控制6SE70完成停车，抱闸闭合，此时单斗的停车位置应是工艺要求的角度，既能将斗内的炉料倒净而又不感应到极限位，完成上行卸料过程。见单斗行程曲线（图1），下行过程与上行过程控制原理相同。
图1中，S0为下行极限位置；S1为上行起始位置（下行停车位置）；S2为上行加速位置（下行减速位置）；S3为上行减速位置（下行加速位置）；S4为上行停车位置（下行起始位置）；S5为上行极限位置。
3.变频控制系统
单斗提升机负载属于具有一定位能的重力负载。所谓四象限运行是指电动机的工作点有可能出现在坐标系的四个象限中。而电动机在不同象限中的工作状态是不一样的：（1）第一象限：电动机处于正向拖动状态，即提升机加速或匀速向上运行。这时电动机的转速、转矩和功率都是“+”值，大多数电动机的正向运行状态都在第一象限；（2）第二象限：电动机的转速是正方向的，但电磁转矩却是“﹣”的，即提升机处在向上运行的减速状态，此时的转矩是制动转矩。所以，电动机处于正向制动状态。因为制动状态是要把电动机在较高转速时的动能消耗掉，所以功率为“﹣”值，而制动单元和制动电阻就是用来消耗此时的能量，以防对变频器造成冲击。（3）第三象限电动机处在反向拖动状态，即提升机加速或匀速向下运行，这时电动机的转矩、转速都是“﹣”值，但功率是“+”的，说其工作点在第三象限。（4）第四象限电动机在反向制动状态，即提升机减速向下运行。这时电动机正在反转，转速是“﹣”的，但电磁转矩却是“+”的，故功率为“﹣”值，工作点在第四象限。可见，单斗提升机运行全过程为四象限运行。
图2电机四象限运行 图3变频控制系统单线图
为实现上述工艺控制要求，采用西门子6SE70系列变频器。该系列变频器可以四象限工作，实现变频速度、力矩控制，应用较广泛。
4.应用效果
该单斗提升机控制系统是整个麦尔兹窑生产全过程自动控制的重要组成部分，通过采用西门子6SE70系列变频器以及PLC控制技术，大大提高了麦尔兹窑生产的稳定性。系统自投入运行以来一直稳定运行，对麦尔兹窑稳产、高产，降低生产成本，减轻工人劳动强度起着重要作用，取得了较好的经济效益。
参考文献
【1】信明贵，鞠艳丽，耿宇涛.西门子变频器在莱钢麦尔兹石灰窑卷扬上的应用[J].电气技术，2009,10
【2】杨杰.西门子变频器在天钢麦尔兹窑单斗提升机上的应用[J].天津冶金，2010,04
【3】IMOVERTMASTERDRIVESVC三相交流传动系统电压源型变频调速样本
论文作者:吕祖文
论文发表刊物:《基层建设》2018年第27期
论文发表时间:2018/10/17
标签：电动机论文; 象限论文; 提升机论文; 转矩论文; 位置论文; 变频器论文; 转速论文; 《基层建设》2018年第27期论文;