日立變頻器在高壓水除磷系統中的應用

張海元辛智娟

(1.包鋼(集團)公司稀土鋼板材公司,內蒙古包頭 014010;2.內蒙古包鋼鋼聯股份有限公司巴潤礦業分公司,內蒙古包頭 014080)

日立變頻器在高壓水除磷系統中的應用

張海元1辛智娟2

(1.包鋼(集團)公司稀土鋼板材公司,內蒙古包頭 014010;2.內蒙古包鋼鋼聯股份有限公司巴潤礦業分公司,內蒙古包頭 014080)

本文主要介紹了高壓水除磷在熱軋工藝中的重要性以及日立變頻器在包鋼2250mm熱軋項目粗軋區高壓水除磷系統中的應用。

高壓水除磷 變頻器

1 概述

熱軋鋼除鱗工藝的發展是為了滿足社會對材料表面質量的不斷追求。從過去的人工刷除，機械除鱗，低壓除鱗到今天高壓水除鱗，就是為了改進產品的質量，增進市場的競爭能力。氧化鐵皮必須清除掉，否則在軋制過程中氧化鐵皮就會壓進鋼材中，影響板材的表面質量，此外，既堅硬而又不平的鐵皮也會嚴重磨損軋輥表面，降低軋輥的工作壽命。

高壓水除鱗的原理是利用高壓水的急冷，氧化鐵皮與鋼坯體產生溫差，使表面基體材料和氧化鐵皮層冷卻收縮率不同產生的剪切力，水滲入基體材料和氧化鐵皮之間，產生的蒸汽爆炸等諸多綜合力的作用下，使氧化鐵皮迅速脫離基體，同時高壓水按設定方向沖走鐵皮。為了提高鋼材質量，在軋線上安裝一套高壓水除鱗系統是非常重要的。

包鋼新體系2250mm熱連軋工程，是包鋼結構優化產業升級總體規劃的重要組成部分。該工程高壓水除鱗分兩個泵站三套系統，即粗軋除鱗系統(RM)、精軋除鱗系統(FM)和機架除鱗系統(F1-F2)。

針對工藝特點，為了達到節能和保護電機的目的。在包鋼2250mm熱連軋項目中，對粗軋除鱗系統(RM)三臺電機采用DHVECTOL變頻器進行變頻控制。應用變頻調速，可以大大提高電機轉速的控制精度，使電機在最節能的轉速下運行。

圖1 變頻器系統拓撲結構

圖2 變頻器單元結構

2 DHVECTOL變頻器介紹

DHVECTOL產品無電網污染高壓大功率變頻器是一種高效、節能、無電網污染的高壓大功率變頻設備，性能優異，主要技術指標已達到世界先進水平。DHVECTOL產品變頻器適用于大型風機、泵類、壓縮機、皮帶機等負載，使用后可大大降低能耗，改善生產工藝，提高生產效率，并可大大提高系統的穩定性和可靠性，延長設備的使用壽命，減少系統維護。

DHVECTOL產品變頻器適用于標準的三相交流異步感應電動機。本變頻器將工頻電源變換為頻率、電壓均連續可調的電源，可使電動機拖動系統運行在最佳狀態。DHVECTOL產品變頻器不僅節能效果明顯，而且極大提高了系統性能。

DHVECTOL產品變頻器主要有以下特點：基于多電平級聯技術，輸入諧波小、功率因數高、效率高；不需要外部輸出濾器就可提供正弦輸出電壓，不會增加電動機拖動系統的運轉噪音，輸出轉矩脈動小；采用大功率的IGBT功率模塊。IGBT模塊的驅動與過流保護采用專用電路，可靠性高；功率單元組件具有互換性，若出現故障，可在幾分鐘內用簡單工具進行更換維修；用戶提供多條起動曲線，起動時間由用戶設定，可保證電動機安全運行并延長其使用壽命，軟起動過程對電網不會產生沖擊電流；高壓主回路與主控系統之間采用光纖連接；用戶可以任意選擇遠方控制或者就地控制方式運行變頻器。采用內置PLC，可接受和輸出工業標準信號；內置UPS可提供30分鐘維持時間。

2.1 變頻器系統拓撲結構

DHVECTOL產品無電網污染高壓大功率變頻器采用直接高壓變換形式，由多個功率單元構成單元串聯多電平的拓撲結構。每個功率單元輸出交流低壓，多個功率單元疊加后輸出為所需的交流高壓。以10kV每相五個功率單元串聯為例，疊加后所構成的主回路拓撲如圖1所示。

每個功率單元輸入三相交流電壓，經整流、逆變后輸出單相交流電壓，其有效值Ve≈693V，由于每相由五個相同的功率單元串聯而成，所以相電壓為3464V，三相的一端經過短接形成中性點，三相的另外三個端口線電壓為6000V，可以直接驅動交流電動機，所以該級聯式主回路拓撲又常常稱為“單元串聯多電平”直接高壓變頻器結構。

2.2 功率單元原理介紹

功率單元主要由輸入熔斷器、三相全橋整流器、濾波電容器組、IGBT逆變橋、直流母線和旁通回路構成，同時電子控制部件還包括電源、驅動、保護監測、通訊等組件組成的控制電路。電容器組根據單元電壓選擇并聯或串聯。單元結構如圖2所示。

每個功率單元由移相變壓器的一組副邊繞組供電，通過三相全橋整流器將交流輸入變為直流，并將能量儲存在電容器組中。功率單元接收主控系統發送的PWM信號并通過控制IGBT的工作狀態，輸出PWM電壓波形。監控電路實時監控功率單元狀態，并反饋回主控系統。在某一個功率單元出現重故障時，該級功率單元進入旁通狀態，整個變頻器可以繼續工作，當引起旁通的故障原因消失之后，變頻器退出旁通并自動恢復到原工作狀態。

將每相N個功率單元輸出的PWM電壓波形進行疊加，產生出2N+1個電壓階梯的多重化相電壓波形，五個功率單元輸出的PWM波形及疊加之后的相電壓波形如圖3所示。

2.3 主控系統

主控系統包括主控板及其輸入輸出接口。主控板以專用高性能單片機為控制核心，另外使用NVRAM或EEPROM存儲工程參數。主控板通過光纖通訊系統向各個功率單元傳輸PWM信號，并接收各個功率單元狀態信息。主控板和人機界面之間使用光纖連接。通過人機界面的功能鍵，可以實現系統運行、停機、復位及功能參數設定和記錄查詢。

電氣控制以高可靠性的可編程邏輯控制器PLC為核心，輔以繼電器、開關等器件，負責變頻器內部邏輯控制及外部與用戶的接口。PLC主要完成以下功能：與主控系統交換給定、運行頻率、輸出電流及功能號等數據；監控主控系統就緒、運行、故障等狀態；處理變頻器控制電源切換、旁通柜開關切換、互鎖、風機、柜門、變壓器溫度等信號；處理用戶的高壓開關信號、控制指令信號，并向用戶提供變頻器運行狀態和參數。

圖3 變頻器的單元輸出波形及相電壓疊加波形

3 基本功能描述

3.1 起動方式

對于大功率電動機，使用變頻器可以對電動機進行軟起動。起動時，變頻器從1Hz開始輸出，按照V/f曲線將電動機拖動至需要的頻率。

3.2 運行方式

閉環運行模式：在閉環運行模式下，用戶可以設定并調節被控量的期望值，變頻器將根據被控量的實際值與設定值進行比較，檢測出差值，經過自動調節，使被控量的實際值自動逼近設定值，控制電動機的轉速。控制量可以是壓力、溫度、水位等信號，也可以是這些信號通過DCS處理以后的頻率信號。

開環運行模式：選擇開環運行模式，變頻器的運行頻率將由LCD面板、人機界面給定或由外部模擬信號直接給定。

3.3 頻率設定

變頻器可以采用人機界面直接設定的方式，通過面板上的數字鍵輸入頻率，也可以采用電位器、傳感器、DCS等直接進行模擬量給定，模擬信號為工業標準的4～20mA電流信號或0～10V電壓信號。

3.4 控制方式

變頻器可以在本地控制，也可以在遠方進行控制。

3.5 參數設定功能

變頻器具有多種功能設定，包括變頻器輸入輸出電壓、V/f曲線、升降速時間等。所有參數可以備份或恢復，斷電后無需重新設置。合理設置系統或電動機的各種參數不僅能使變頻器處于最佳工作狀態，同時也能更加有效的對電動機和變頻器進行保護。

3.6 故障查詢功能

變頻器具有故障報警及故障查詢功能，可以為用戶提供清晰的故障點定位，故障記錄等。

4 結語

高壓水除磷系統在熱軋鋼系統起著重要的作用，通過使用變頻器，實現了系統的智能化，同時又起到了很好的節能和保護電機的作用。

This article mainly introduces the importance of high pressure water and phosphorus in hot rolling process and DHVECTOL frequency changerin baotou steel 2250 mm hot rolling project roughing application of high pressure water phosphorus removal system.

High pressure water and phosphorus frequency changer