前言

由于其具有各種優(yōu)點(diǎn)，比如無(wú)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(guò)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(lái)說(shuō)，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。

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(chǎng)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(guò)電感器時(shí)形成交替移動(dòng)磁場(chǎng)，移動(dòng)磁場(chǎng)通過(guò)穿透在爐底部的不銹鋼板對(duì)金屬溶液產(chǎn)生作用，在磁場(chǎng)的作用下，金屬溶液產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，同時(shí)在磁場(chǎng)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(chǎng)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。

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(jí)：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

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(chǎng)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(guò)載容量、高可靠性和連續(xù)運(yùn)行的環(huán)境。

通過(guò)采用國(guó)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(duì)金屬冶煉產(chǎn)生的影響；

◆提供變頻控制、開(kāi)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(wèn)題；

◆采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于組裝和現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)距離傳輸?shù)奶厥庖笙拢_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(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)，還關(guān)注電機(jī)側(cè)的保護(hù)，通過(guò)溫度檢測(cè)端，實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)的運(yùn)行溫度，以提供有效的過(guò)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。

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(zhǎng)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(duì)電網(wǎng)無(wú)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(cè)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)。

結(jié)論

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國(guó)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(shuō)明書》