0 前言

钢丝绳式半连续浇铸机, 它的传统调速方式是在浇铸铝锭时由直流电动机拖动, 采用可控硅闭环控制系统进行速度调节控制, 在空行程时由交流电动机拖动。这种方式的缺点主要在于可控硅闭环控制装置结构复杂, 能量损耗大, 功率因素低, 抗干扰能力差且易出故障, 从而影响铸锭质量和生产效率^[1]。

应用变频调速技术, 可以明显解决传统调速方式的缺点。

1 变频调速系统的工作原理

变频调速技术应用于异步电动机调速的基本原理是先通过整流器将交流变为直流, 滤波器将直流平滑处理后, 再由逆变器将它变换成频率可调的交流。变频器调速的基本构成^[2], 如图 1所示。

变频器是整个系统的关键部件。卷筒通过钢丝绳导向轮系卷放钢丝绳使引锭装置升降的速度, 最终是由变频器拖动异步电动机改变速度来完成的。变频器工作的可靠性直接影响着整个调速系统的可靠性及铸锭的质量。

变频器控制电路的核心是专用的产生正弦波脉宽调制(SPWM)控制信号的大规模集成电路芯片H EF 4752。它可提供逆变器6个功率开关器件所需的SPW M输入信号, 为了实现对电动机转速及定子电压、SPWM载波频率以及功率开关器件、开关频率的控制, 它设有相应的作为控制用的时钟输入。

HEF4752集成电路输出的SPWM控制信号较弱, 它们不能驱动逆变器的功率晶体管饱和导通。需要有功率晶体管的基极驱动电路将S PWM控制信号进行功率放大, 才能驱动功率晶体管正常工作。每个功率晶体管都需要一个基极驱动电路, 对于三相逆变器必须有6个驱动电路。

半连续浇铸机速度控制系统要求具有较高的精度, 对负载连续变动引起的速度变化也要求恢复得快。因此, 对于这种需快速响应的升降速度控制系统, 可采用速度闭环控制的变频调速系统, 如图 2所示。

2 闭环控制中的负负载问题

引锭装置下降时, 电机向着被负载牵引的方向旋转, 而产生的转矩则是阻碍自然落下的方向, 即与旋转方向相反。

变频器的负负载控制功能主要是再生制动功能, 产生制动转矩时, 电机从负载接受机械能, 将它变为电能送入逆变器侧。根据变频的形式, 由电机反流过来的能量其处理能力是不同的。作为通用变频器最广泛应用的是二极管整流器的晶体管变频器, 但整流部分只能将交流变换为直流。因而, 制动时的再生功率, 一部分作为电机和逆变器的损耗被消耗掉, 产生制动力, 此外别无它用, 其结果易造成直流回路的电容器被过充电, 过压保护动作也使运转停止。为使运转能够继续, 有必要采用再生过压失速防止控制和制动器组件, 但应以带有再生整流器的变频器为主, 这样变频器才有能力双向处理功率的流向。

再生过压失速防止控制方式对于二极管整流器方式的变频器来说, 不再需要在主回路增设特别的装置。它可以利用电机和变频器运转中产生的损耗产生制动转矩, 以防止过压跳闸。但这种方法只在减速特性下时有效, 且制动转矩为额定转矩的10 %~20 %左右。如果选择的减速率不当, 失速防止控制可能跟不上, 易造成过压跳闸。对于定常的负负载来说, 也有可能产生与电机和变频器的损耗相当的再生转矩, 但此时再生过压失速防止控制无效, 再生转矩超过限度就会产生过压跳闸。

对于定常负负载工作的电动机, 一旦出现切断电源的情况就会有被引锭装置牵引而加速的危险。特别是在引锭工作时, 带着铝铸锭的引锭装置会出现几乎自由落体的降落事故。为确保变频器跳闸时的安全, 需要并用交流电磁铁式机械制动器。在使用制动器时, 如果变频器起动与制动器释放的时间配合不适当, 过早起动与起动过迟均会引起跳闸的危险。为了协调这个时间, 在变频器起动工作时输出信号到制动器, 再利用定时器确保制动器释放与变频器起步的时间。

3 结论

钢丝绳式半连续浇铸机采用变频调速技术, 根据工作时运行需速度稳定、响应快及负负载的特点, 需要以速度闭环控制构成变频调速系统, 内含再生整流器和内含(或外接)制动单元, 带交流电磁铁式机械制动装置。这样才可以做到以下几点。

(1) 运行非常平滑, 特别是在加减速时振动和冲击变小, 减少了负载摇晃。

(2) 引锭装置升降速度在工作时跟踪性好、恢复快、高响应, 使铝铸产品质量及作业效率大幅度提高。

(3) 电机起动电流限制较小, 频繁起动和停止时电机热耗减少, 寿命延长。

(4) 完善的安全措施, 保证了即使突然断电引起变频器跳闸, 电磁式机械制动器都能自动地起作用。

(5) 平均功率因素显著改善, 耗电量可减少50 %以上。