变频器在连铸机液压剪机上的应用

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 6764 2015 11 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 Ie 142 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 4 20 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 A 38 s50 A 252 s 变频运行70 A 38 s 4 A 240 s 电机空载运行时间 50 A 12 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 P1 3姨 380 70 0 89 41003 368 W 41 kW W1 41 38 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 P2 3姨 380 50 0 89 29288 12 W 29 2 kW W2 29 2 252 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 380 4 0 89 240 3600 3姨 380 50 0 89 12 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 43 2 05 0 43 0 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 8 90 3 486 kW h 单流年节约 年开动率 80 486 365 80 141912 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