高压变频同步电动机在烧结主抽控制系统中的应用

摘要：介绍了烧结主抽自动控制系统，特别详细介绍了高压变频器在烧结主抽同步电动机上的应用，通过使用，验证了采用高压变频同步电动机的优势。
关键词： 高压变频器 同步电机 优势
Abstract The automatic control system of Sinter Waste fan is introduced, especially the three phase synchronization motor the high voltage converter. The advantage of the high voltage converter is tested by usage.
Key words high voltage converter three phase synchronization motor advantage

0 引言
         钢铁是现代社会最重要的原材料之一,高炉炼铁对我国的经济发展起着十分重要的作用，提高生铁的产量和质量，必将产生巨大的经济效益和社会效益。钢铁工业需要大量铁矿石，经长期开采，天然富矿越来越少，高炉不得不使用大量贫矿，但贫矿直接入炉，无论经济上还是操作上都是不合适的，必须经过选矿才能使用。但贫矿富选后得到的精矿粉以及富矿加工过程中产生的富矿粉都不能直接入炉冶炼，必须将其重新造成块，常用造块方法有烧结和球团，而烧结是最重要的造块方法。因此我厂为了提高高炉生产主要原料烧结矿的产量和质量，公司决策通过了4*28m2烧结机异地大修改造工程，通过技术改造，提高自动化控制的水平，提升烧结矿的品质。通过改善原料品质，从而实现炼铁高产、低耗、低成本的目标。

1烧结工艺描述
         所谓烧结就是在粉状铁物料中配入适当数量的熔剂和燃料，在烧结机上点火燃烧，借助燃料燃烧的高温作用产生一定数量的液相，把其他未熔化的烧结料颗粒粘结起来，冷却后成为多孔质块矿。烧结机主要流程为铁矿粉、熔剂和燃料按一定配比，并加入一定的返矿以改善透气性，配好的原料按一定配比加水混合，送给料槽，然后到烧结机，由点火炉点火，使表面烧结，烟气由抽风机自上而下抽走，在台车移动过程中，烧结自上而下进行。当台车移动接近末端时，烧结终了，在大型烧结机上，为了保持表层温度和防止急冷，采用延长点火炉或放置保温炉，烧结完了的烧结块由机尾落下，经破碎成适当块度，筛分和冷却，筛上物送高炉，筛下物作为返矿和铺底料重新烧结。
        烧结生产主要包括原料系统，配料系统，给料系统，混合制粒给水自动控制，原料输送跟踪，点火炉燃烧控制，烧结机速度控制，环冷机排料矿槽料位控制，所有皮带的连锁控制，余热回收系统，机头电除尘，机尾电除尘，整粒电除尘，能源计量，主抽风机控制等，主抽系统在整个烧结生产中起重要作用。

2 主抽控制系统
         由于采用英国豪顿风机，风机控制系统配套由SIEMENS公司完成，风机驱动系统采用SIEMENS 三相同步电机及配套控制系统。。主抽控制系统采用SIEMEMS S7300 PLC 控制系统，主要完成以下工作：
（1） 起动控制，包括励磁、变频器，高压柜、风门等顺序控制及连锁。
（2） 同步电动机保护及监控，包括同步电动机油压和线圈、轴瓦温度、冷却水等工艺参数及状态。
主抽系统主要由以下几部分组成： -
• 1 组 6kV开关柜(SWB1 和 SWB2)
• 1台线路端变流变压器 (TR1)
• 1 x 启动变流器 (SSP & SSC) 选用SIEMENS Simovert S启动变流器
• 1 x 励磁装置（EXC）
• 1 x 电机端变流变压器 (TR2)
• 1 x 低压MCC (LVMCC)
• 1 x 控制，监测和备用控制装置(CMAC)
       基于PLC的Simatic S7/300系统，安装在单独的控制、监测和备用控制装置（CMAC）上。CMAC控制装置是控制抽风机的正常位置。CMAC PLC系统提供对于所有如润滑油等的备用系统的控制，并通过单独的Profibus DP连接为励磁装置提供自动的开始／停止命令 。CMAC控制装置包括局部控制和监测用的OP17控制界面。

        Simovert S启动变流器配有Simadyn D控制系统，此系统负责断流器控制（MBC和MBN）以及所有与开关回路功能有关的驱动。如上图所示。
        Simadyn D控制系统通过Profibus DP连接与基于PLC系统装在励磁装置的Simatic S7/300相连。励磁装置PLC，连同装在Simovert S 变流器上的Simadyn D控制系统提供整个启动程序控制，同步和电路断流器（MBL）的控制，并且当启动变流器闭合时，还会持续提供对同步电动机的励磁控制和监测控制保护。励磁装置包括局部控制和监测用的OP17控制界面。

3．同步电机的启动
        同步电动机启动时，若将其定子直接投入电网，由于定子旋转磁场的转速为同步转速，而此时转子处于静止，因而气隙磁场与转子磁极之间具有相对运动，故不能产生平均的同步电磁转矩，即电机不能自行启动。因此，要启动一台同步电动机，必须借助于其他方法，常用的启动方法有：辅助电动机启动法；调频启动法；异步启动法。
         本系统采用调频启动法。调频启动法的实质是，设法改变定子旋转磁场的转速，以利用气隙磁场与转子磁极之间的同步转矩来启动。为此，开始启动时，需把变频电源的频率调得很低，使定子三相电流所产生的旋转磁场转得很慢，使其与转子磁极间能产生一定的平均同步转矩。
        调频启动的具体步骤是：把转子加上直流励磁，定子电流的频率从零开始逐步向上增加，直至额定频率为止。采用调频法启动时，须有变频电源。
         变频器分为交-交和交-直-交两种形式。交-交变频器可将工频交流直接变换成频率、电压均可控制的交流，而交-直-交变频器则是先把工频交流电通过整流器变成直流电，然后再把直流电变换成频率、电压均可控制的交流电，主抽采用交-直-交。
        变频器由主电路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制电路组成，对于再生能量回馈型变频器，整流器称为“网侧变流器”，逆变器称为“负载侧变流器”。当逆变器输出侧的负载为交流电动机时，在负载和直流电源之间将有无功功率的交换。用于缓冲无功功率的中间直流环节的储能元件可以是电容或是电感。据此，变频器分成电压型变频器和电流型变频器两大类。主抽风机采用电流型变频器。
         电流型变频器的特点是中间支流环节采用大电感作为储能环节，无功功率将由该电感来缓冲；当电动机处于再生发电状态时，回馈到直流侧的再生电能可以方便地回馈到交流电网，不需在主电路内附加任何设备，只要利用网侧的不可逆变流器改变起输出电压极性（控制角大于90度）即可。而电压型变频器中间支流环节的储能元件采用大电容，当电动机处于再生发电状态时，回馈到支流侧的无功能量难于回馈给交流电网，要实现这部分能量向电网的回馈，必须采用可逆变流器，即网侧变流器采用两套全控整流器反并联。
同步电机启动程序如下：
1．CMAC PLC通过Profibus向励磁装置发出启动命令。启动命令从励磁装置传送到Simovert S变流器。
2． 接收到启动命令后，Simovert S变流器向6kV断流器MBM发出闭合命令。
3．接到断流器MBM发出的闭合确认命令后，Simovert S变流器向断流器MBM发出闭合命令。
4．接到断流器MBM发出的闭合确认命令后，Simovert S变流器输出脉冲，开始使电机运行。这时“运行”信号通过Profibus传送到CMAC PLC。
5．励磁装置不断监测电路和电机电源的同步性（频率和相角）。（在MBI和DSC的电压变压器输出之间做比较）。当达到同步时，励磁装置会闭合断流器MBL，同时阻断输出脉冲，打开断流器MBM。

4 同步电机变压变频系统的特点
与异步电动机变压变频调速系统相比，同步电动机变压变频调速系统有以下特点：
1．功率因数可调。同步电动机的气隙合成旋转磁场，切割定子三相对称绕组，感应出三相对称电势，从而与电网电压相平衡。同步电动机能够在功率因数cosφ=1的条件下运行，不需要从电网吸取滞后的无功功率。更可贵的是，增加同步电动机转子的励磁电流，即在过励的情况下，它可以从电网吸取超前的无功电流。同步电动机的转矩与电网电压的一次方成正比，故其抗电源电压波动的能力强。同时，同步电动机在冲击负载下运行时，可以用强制励磁的方法来提高其过载能力。尤其在大量使用异步电动机造成电网功率因数极坏的情况下，同步电动机功率因数可调的优点，受到人们的注意。
2．异步电动机靠加大转差来提高转矩，同步电动机靠加大功率角来提高转矩，因此，同步电动机比异步电动机对负载扰动具有更强的承受能力，而且转速恢复响应更快。
3．同步电动机具有励磁回路，即使在较低的频率下也能正常运行，因而，同步电动机的调速范围较宽；由于异步电动机的转子电流依靠电磁感应产生，在较低频率下工作，转子中难以产生必须的电流，因此，调速范围较窄。
但与异步电动机比较，同步机的缺点是启动比较复杂；要有直流励磁