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变频器在转炉倾动中的设计与应用 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 1 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30 t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33 t，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。 信息来源:http://365 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/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8 r/min ,转矩偏差不大于输出转矩的6 %。 信息来源:365 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6～7 ms，而直接转矩控制系统的转矩阶跃响应可以达到1 ms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： 信息来源: 　　电机的额定转矩：875 N?m，额定转矩与启动转矩之比：1.8，转炉倾动转矩：1 700 N?m， 　　根据以上数据我们来看选取什么系统最好。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486 N?m，４台电机的总启动力矩也只有486×4=1 944 N?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，电机克服重力和惯性力而使转炉平稳倾动，就不可能了，只有在电机建立了足够的力矩之后才能克服下滑而使转炉继续倾动，这可能需要1 s以上的时间，必然产生剧烈的抖动甚至会无法控制，所以在变频技术成熟之前，大都采用直流驱动。那么，现在采用变频技术，选用矢量控制系统又如何呢？前已述及，矢量控制系统额定力矩的建立时间一般在6～7 ms，这样在非平衡位置启动时，还