变频器在转炉倾动中设计和应用

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1、变频器在转炉倾动中的设计与应用周芝峰上海电机学院摘要：针对转炉倾动机构负载的控制特点，重点介绍了DTC变频器控制系统的设计、选型及参数配置，并就采用PLC和编码器实现准确位置控制的原理和方法做了分析。关键词：转炉变频器位置控制ApplicationandDesignofTechnologyinTiltingFurnaceZhouZhifengAbstract:counteredthecharacteristicoftiltingfurnace,Thepaperintroducesthedesignandselectionandpa

2、rameterconfiguration.Butalso,willanalysistheusedPLCandencoderforprincipleofpositioncontrol.Keywords:tiltingfurnaceinverterpositioncontrol51引言转炉的倾动和氧枪控制是转炉系统控制的核心，是关系产品质量和生产安全的关键环节，某公司第二炼钢厂的30t转炉倾动装置，由4台电机驱动，低速轴刚性连接。在此之前，由于大转矩启动、大调速范围运行的要求，转炉倾动系统是采用直流电机驱动，控制系统采用了逻辑无环流直

3、流调速系统。该设备是20世纪90年代初期产品，故障率较高。另外，炉体倾动的角度控制也没能很好的解决，时常由于机械式主令的触头松动错位而造成事故；如超过角度极限时会造成“倒钢”，有时停车不到位，钢水不能进钢包，造成“跑钢”等等。此次改造，在主体结构不变的前提下，拟将炉容增大至33t，经用户同意，我们把直流传动改为交流电机变频驱动，改造后控制系统可以做到大力矩启动，平稳加速、平滑变速。采用PLC控制，减少了有接点系统带来的故障。用旋转编码器作为位置检测元件，配合高速计数器，进行定位控制，开辟了一个定位控制的新途径。做到了停车点、变速点

4、的准确控制，最大限度地发挥了变频器的特长和优点。总体上，取得了满意的效果。2工艺要求转炉在炼钢时，是垂直的，炉口向上，当出钢时，需要倾斜一定的角度。炉体倾动部分采用4台电机驱动，低速轴刚性连接，炉体采用4点悬挂式，辅以扭力杆作为力矩吸收。根据工艺要求，转炉炉体需能进行正反360°的倾动。一般情况转炉倾动机构处于正力矩工作状态，其重量主要集中在下部。这样就可以确保转炉事故状态下，炉体能自动复位。也就是说倾动机构具有势能负载特性。因此，对系统提出如下要求：1）电气控制系统须有足够的启动力矩，以适应满载启动的要求，启动须平稳，频繁启动/

5、制动，无冲击；满足电机四象限运行的需要；2）针对势能负载的特点，电气系统最好在低速甚至零速时有较大的力矩输出；3）为了克服前面叙述的弊端，机械制动器必须和电控系统紧密配合，在电机建立足够的输出力矩时，才能松开，需要制动时，立即使电机停止；4）炉体须能做到准确、平稳停车定位；5）4台电动机须保持同步运行，无论是启动、制动和正常工作状态，4台电机的负荷要尽量保持平衡；4台电机转速偏差不大于8r/min5,转矩偏差不大于输出转矩的6%3变频器选择3.1控制系统选择变频器的类型很多，就控制方式而言，有U/f恒定控制、转差频率控制、矢量控制

6、和直接转矩（DTC）控制，不同的控制系统其性能不尽相同，适应的负载也有区别。前已述及，料车具有势能负载的特性。因此，要求系统在动态过程中具有较快的转矩响应，且具有较大的启动转矩，最好在零速时能具有最大的转矩输出。根据这些特点，我们经过技术比较，认为选用直接转矩控制（DTC）系统最为恰当。直接转矩控制技术，是利用空间矢量、定子磁场定向的分析方法，直接在定子坐标系下分析异步电动机的数学模型，计算与控制异步电动机的磁链和转矩，也就是说DTC系统是把转矩作为直接跟踪控制对象的，它强调的是转矩的直接控制与效果。采用DTC直接转矩控制的交流调

7、速系统可以获得比矢量控制要快的多的转矩响应，据资料介绍，无速度传感器的矢量控制系统的转矩阶跃响应，大约为6～7ms，而直接转矩控制系统的转矩阶跃响应可以达到1ms左右。由此可知，它可以做到力矩的建立优先于速度，这正是我们所需要的。转炉倾动驱动的选择，主要是考虑两方面，一是启动时不要冲击；二是在中途停止再启动时防止因重力作用而下滑。下面就从启动转矩的大小和时间入手，来阐述系统选取的着重点。电机和倾动机构的参数如下：电机的额定转矩：875N·m，额定转矩与启动转矩之比：1.8，转炉倾动转矩：1700N·m，根据以上数据我们来看选取什么

8、系统最好。首先我们假设采用工频直接启动的情况，由于一台电机的启动力矩只有486N·m，４台电机的总启动力矩也只有486×4=1944N·m,可见，４台电机在平衡位置启动是勉强可以的，但如果在非平衡位置，抱闸突然松开，转炉靠重力下滑，电机克服重力和惯