變頻電源的改進設計

孫靜雅梁明磊

（1.煙臺工程職業技術學院，山東 煙臺 264006；2.煙臺華新不銹鋼有限公司，山東 煙臺 264006）

一、設備介紹

我們公司生產不銹鋼鋼坯，鋼種300 系，規格Φ130-220 圓坯、130-200 方坯。設備構成：60 噸電爐一座，60 噸精煉爐一座，VOD 爐一座，三機三流R9 米小鋼坯連鑄機一臺。其中，連鑄機是從臺灣購進的二手設備，供電電源為460V60Hz，為此配套專門定購了一套10KV50Hz 變460V60Hz 的變頻電源裝置為其供電。

連鑄機系統的設計電源為460V/60Hz 的電源，為此我們新增了一套變頻電源，由株洲交流技術國家工程研究中心有限公司設計安裝。該電源是將10kV/50Hz 電變換成為460V/60Hz 的電源變換系統，有一套備份冗余，總容量達到3200kVA。電源采用二十四脈波整流技術以及移相并聯技術，減小了電源對電網的諧波影響，增加了電源輸出電壓的波形品質。變該電源控制系統為操作者、用電設備、電源本身提供了完善的保護和安全措施。電源對關鍵電路和主要電氣參數時刻進行監測，一旦出現故障，立即關斷電源，使用戶、用電設備、電源本身的風險降到最低。

二、改造原因

連鑄工序是整個煉鋼工藝中極其重要的環節，一旦發生問題將導致全流程混亂，費用成本大幅上升。連鑄設備澆鑄過程中不允許停電，這是連鑄設備的特性決定的，因為停電就意味著失去動力，機器就要停轉，留在結晶器內的鋼液就會因溫度降低而凝固結殼，事故處理需耗費3 個小時時間，連鑄再開澆需做6 小時準備，之前未澆鑄的鋼水需再處理[1]。因此，安全可靠供電十分重要。變頻電源裝置由株洲變流技術國家工程研究中心有限公司設計制造，投入使用后開始頻繁出現故障，無法正常工作，期間由于此電源問題曾造成公司停產近10 天的嚴重后果。由于上述原因，連鑄電源問題必須解決。

三、技術設計改造可行性評估

對于電源問題，我們提出了兩個方案，一是請制造廠對現有460V60Hz 變頻裝置進行改善，提高其可靠性，二是直接采用380V50Hz 市電供電，因第一種方案，既增加改造費用，而改造后效果也不確定的原因，我們更偏重于第二種方案。可行性分析如下：

連鑄設備主要由以下幾部分構成：1.大包回轉臺2.結晶器3.拉矯機4.火切機5、引錠桿傳送裝置6.傳輸輥道7.冷床8.液壓站9.液面自控10.電磁攪拌裝置11.電控裝置等。其中，電氣可分為兩類：控制與傳動。控制部分電壓等級包括：-24V、～110V、～220V、～460V；傳動部分包含交直流電機，直流電機用西門子DC MASTER 驅動，部分交流電機用西門子變頻器驅動，其他交流電機則直接由460V 電源供電。

控制部分電源頻率由60Hz 改為50Hz 可行，因這部分電源容量不大，電壓等級可采用升壓變壓器將380V 升高到460V 即可，控制系統電源不需再做其他改造即可使用。由DC MASTER 及變頻器驅動的直流電機及交流電機用380V 市電直接供電即可，這是因為西門子DC MASTER 及變頻器輸入電壓范圍為380V-480V。而額定電壓為460V60Hz 的交流電機改為380V50Hz 供電后，其V/F 未變，因此，勵磁符合要求，只是由于電壓降低會導致轉矩降低[2]，轉矩降低后還能否承擔原有的負載，這需要現場測試再做評估確定。

理論上交流電機輸出軸功率與所加電壓成正比，降壓后的軸功率與降壓前之比為380/460=83%，通過實際測量，所有設備中最大的負載率也不超過80%，因此，從理論上說降壓后所有驅動電機輸出軸功率都可以滿足設備負荷需求。工頻控制的電機在轉速降低后一些輥道、中包升降等對生產的影響可以忽略不計，但液壓站，風機等就要詳細計算流量是否滿足生產的要求。本次電源改造項目中，液壓泵站所采用的電機型號為280S，功率88KW，轉速1775rpm，電壓460V，頻率60Hz。現采用380V，50Hz 供電。

由此可見，若新增輔助拉矯則最大流量為601.5L/min，比電源改造后的最大流量稍大，考慮到正常生產時，由于生產步驟的限制，各油壓缸不可能同時動作，可以滿足生產的需求。綜上所述，可以認為電源改造后泵站的流量滿足設計的要求。經過計算風機也可以滿足要求。

四、現場實施與結果分析

按照以上分析，一是在控制系統增設了一臺380V 變460V 變壓器，二是總進線直接由380V50Hz 電源引來，三是將變頻器及DC MASTER 相關參數重新設置。從測試結果來看，廢除460V60Hz 變頻電源，直接用380V50Hz 市電供電，設備性能完全可以滿足工藝需求，既節約維修支出，又減少故障環節。