变频器在连铸机液压剪机上的应用.pdf

冶金动力 METALLURGICAL POWER 2015 年第11 期 总 第 189 期 变频器在连铸机液压剪机上的应用 周志敏 （马鞍山钢铁股份有限公司第二钢轧总厂， 安徽马鞍山243000） 【摘要】通过在连铸机液压剪机油泵中使用变频器， 不仅降低了能耗， 还使油泵电机运行时的噪音、 振动 都有了一定的降低， 并有效减缓油泵在加载时的冲击， 从而降低了设备故障率。 【关键词】变频调速； 连铸机液压剪； 电机节能 【中图分类号】TM344.6【文献标识码】B【文章编号】1006-6764201511-0006-04 Application of Frequency Converter in CC Hydraulic Shear ZHOU Zhimin （The No.2 Steelmaking CC hydraulic shear; motor energy saving 1前言 连铸机已经广泛应用于钢铁冶金行业，剪机是 连铸机上的关键设备，它是把连续浇注的钢坯剪成 设定的定尺长度。二钢轧总厂的 4 台 4 机 4 流小方 坯连铸机使用的是液压剪切方式，每流剪机使用一 台 Y315S-6， 75 kW， Ie142 A， cos渍0.89 的三相交 流异步电动机驱动液压油泵。当需要剪切连铸钢坯 时， 通过液压泵把液压油输送到油缸并产生压力， 推 动柱塞向前运动， 完成钢坯的剪切工作。 当完成上述 工作后， 液压油再通过液压泵抽出油缸， 使油缸产生 负压， 让柱塞回到工作前的位置。 油泵电机采用的是 交流接触器控制方式， 在连续作业的全过程中， 除上 述两个动作和系统压力低于下限之外，液压泵的电 机均处于连续空转用能状态。 以二钢轧总厂 4连铸机为例， 该连铸机主要生 产 12.15 m 长坯给棒材供料。 正常拉速在 2.5 m/min 左右， 每剪切一根钢坯需要 290 s 左右时间。 通过实 际观察， 每次油泵充压时间只需要 38 s （一个剪切 循环周期） ， 随着压力升高， 电流最大会到 80 A 以 上， 另有 252 s 的时间， 电机处于空载运行状态， 此 时电机工作电流仍有 50 A，非生产性能耗十分严 重。所以对油泵电机改变频控制的目的就是尽可能 地降低剪机非生产性能耗。 2设计思路 为保证在剪机油泵电机改造过程中不影响连铸 机生产， 并且当变频器发生故障时， 保证剪机正常运 行， 保留现有的接触器控制部分， 作为旁路系统。另 设计一套变频柜与原控制柜切换运行，在电磁站变 频器控制柜上用转换开关进行控制方式选择，并使 用双向刀开关进行工频可变频切换。主回路原理图 见图 1。 3改造措施 原剪切控制程序不变，油泵电机控制程序修改 如下 3.1电机选旁路控制程序 电机旁路控制程序图见图 2。 3.2电机选变频控制程序 变频控制程序图见图 3。 3.3变频器频率控制程序 变频频率控制程序图见图 4。 4改造方案 变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电 压、 频率固定不变的交流电变成电压、 频率都可调的 交流电源。现在使用的变频器主要采用交直交 6 冶金动力 METALLURGICAL POWER 2015年第 11 期 总 第 189 期 图 2电机旁路控制程序图图 3变频控制程序图 图 1主回路原理图 方式 （VVVF 变频或矢量控制变频） ， 先把工频交流 电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电 源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电 动机。变频器主要由整流 （交流变直流） 、 滤波、 逆变 （直流变交流） 、 制动单元、 驱动单元、 检测单元微处 理单元等组成的。 7 冶金动力 METALLURGICAL POWER 2015 年第11 期 总 第 189 期 本次改造我们选用的是高性能矢量变频器， 该 变频器频率使用 420 mA 模拟量控制。 当变频控制 柜上的转换开关转到 “变频” 位置时， 操作工在操作 台上启动剪机油泵， 此时系统压力处在下限， PLC 输 出 20 mA 电流给变频器， 由 0 Hz 上升到 50 Hz 满 压起动， 电机工作电流最高可达到 80 A 以上， 与工 频时相同。 当系统压力加载到上限时， PLC 输出 7.2 mA 电流给变频器，变频器输出频率由 50 Hz 减小 到 10 Hz， 电机处于准备工作状态， 此时工作电流仅 为 4 A。 生产后通过采集拉矫机拉坯速度得到钢坯的运 行距离， 当钢坯长度到 11 m 时， PLC 输出 20 mA 电 流给变频器， 变频器频率由 10 Hz 增加到 50 Hz， 此 加速过程一般为 12 s， 电机工作电流为 50 A； 当钢 坯运行到 12 m 定尺位时， 剪机剪切， 这时的电机工 作电流和工频时相同。剪切完毕，“剪切” 和 “剪切返 回” 电磁阀全部失电， 此时 PLC 输出 7.2 mA 电流给 变频器， 变频器输出频率由 50 Hz 减小到 10 Hz， 电 机电流也降低到 4 A。如此反复循环达到节电的目 的。电机运行工况示意图见图 5。 5经济效益、 节能估算 当剪机在剪切或系统压力处于下限时，电机控 制在 50 Hz 运行。当剪切完毕系统压力保持在上限 时， 将电机控制在 10 Hz 运行。通过调试和试运行， 取得了不错的效果， 见表 1。 表 1改造前后运行工况对照表 通过比对图表可以看出，以一个剪切周期为 290 s 计算， 工频或变频运行， 充压时电机工作电流 和时间基本相同， 即所消耗的能量也基本相同， 确保 了大剪的正常运行。在工频运行时空载电流在 50 A， 运行时间 252 s。 在变频运行时， 通过变频器将频 率由 50 Hz 调至 10 Hz 运行，使得空载电流在 4 A， 运行时间 240 s， 大大降低了空载能量的消耗。 5.1系统节电计算 （1） 原系统耗电情况 剪机充液剪切时耗电为 工况充压电流时间空载电流时间 工频运行70 A38 s50 A252 s 变频运行70 A38 s 4 A240 s （电机空载运行时间） 50 A12 s （准备剪切时间） 图 4变频频率控制程序图 8 冶金动力 METALLURGICAL POWER 2015年第 11 期 总 第 189 期 （上接第 3 页） 5结语 综上所述， 当 110 kV 新方线 “T” 接线路任一侧 开断后，本工程配置的光纤纵差保护装置仍可作为 连接该 110 kV 线路两侧的主保护使用，所以此方 案既满足了本次项目对继电保护的要求，同时也保 证了供电系统的稳定性。 收稿日期 2015－07－24 作者简介潘丽 （1975－） ， 女， 2010 年毕业于四川大学电气工程及其 自动化专业， 工程师， 现从事电气技术管理工作。 剪机充压时， 随着压力升高， 电流逐渐增大， 最大 会到 80 A 以上。 我们按照 70 A 计算， 时间为 38 s P13姨380700.89 ≈41003.368 W≈41 kW W14138/3600≈0.43 kW h （2） 剪机等待时耗电为 剪机等待时工作电流为 50 A， 时间为 252 s P23姨380500.89 ≈29288.12 W≈29.2 kW W229.2252/3600≈2.05 kW h 5.2改造后系统耗电情况 （1） 剪机充压时耗电和改造前相同 W3 W 1 （2） 剪机等待时耗电 剪机等待时电机工作电流分为两个过程，空载 运行 4 A， 间为 240 s； 准备剪切 50 A,时间为 12 s W4 （3姨38040.89240/3600） （3姨 380500.8912/3600） ≈253.83 W h≈0.25 kW h 因此改造后每剪切一支钢坯可节约能耗为 W （0.432.05） - （0.430.25） 1.8 kW h 以 4连铸机单流班产 90 支长坯计算，每天可 节电 1.8903486 kW h 单流年节约 （年开动率 80） 48636580141912 kW h≈14.19 万 kW h 改造后一台连铸机年节约近 60 万 kW h 电， 因 此所节约的电耗是相当的可观。同时通过对现场电 机的运行状况观察， 电机运行时的噪音、 振动、 温升 都有了一定的降低，并有效减缓油泵在加载时的冲 击。 6结论 综上所述，变频器在连铸机液压剪机剪切过程 中的节能应用是切实可行的。同时根据市场变频调 速器价格及节约效率可知，连铸机液压剪电机系统 采用变频器能够取得良好的经济效益，可以作为连 铸机节能改造的重点发展方向进行推广应用。 [ 参 考 文 献 ] [1] 马新华， 李娟， 桑建国. 变频调速在水泵节能技术中的应用研究 [J]. 排灌机械， 2006 （01） . 收稿日期 2015－09－02 作者简介周志敏 （1979－） ， 女， 本科学历， 工程师， 现从事电气技术 工作。 图 5电机运行工况示意图 9