可變頻應(yīng)急電源的應(yīng)用

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1、工藝要求煉鋼轉(zhuǎn)爐氧槍電機(jī)目前多采用交流電動機(jī)，交流電源正常時由變頻器供電，實現(xiàn)氧槍的下降、吹氧、提升的調(diào)速運行；交流電源事故停電時必須由另一套應(yīng)急電源供電，緊急提升氧槍，防止發(fā)生設(shè)備事故。

　　根據(jù)某鋼廠煉鋼轉(zhuǎn)爐的工藝要求，在交流事故停電時應(yīng)急電源需要供電的負(fù)載為：

　?。?） 氧槍電機(jī)1臺，電壓380V，容量55kW；

　?。?） 氧槍抱閘電機(jī)1臺，電壓380V，容量0.33kW；

　?。?） 轉(zhuǎn)爐抱閘電機(jī)4臺，電壓380V，容量0.45kW×4＝1.8kW；

　?。?） 事故控制電源，電壓380V，容量2.4kW；

　　（5） 要求應(yīng)急電源的備用時間為1小時。

　　應(yīng)急電源的工作情況有以下2種情況：當(dāng)轉(zhuǎn)爐正在煉鋼吹氧時，交流電源突然停電，應(yīng)急電源中的可變頻逆變器應(yīng)首先輸出給氧槍電機(jī)使其處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時應(yīng)急電源中的工頻逆變器輸出事故控制電源，給氧槍抱閘電機(jī)供電，松開氧槍抱閘，然后緊急提升氧槍到最高位。因為煉鋼時，轉(zhuǎn)爐已經(jīng)在零位，應(yīng)急電源不需給轉(zhuǎn)爐抱閘電機(jī)供電。

　　如轉(zhuǎn)爐正在出鋼時，交流電源突然停電，應(yīng)急電源中的可變頻逆變器應(yīng)輸出給轉(zhuǎn)爐抱閘電機(jī)，松開轉(zhuǎn)爐抱閘，轉(zhuǎn)爐靠自重傾轉(zhuǎn)回到零位。因為出鋼時，氧槍已經(jīng)在最高位，應(yīng)急電源不需給氧槍電機(jī)供電。

　　2、應(yīng)急電源的配置根據(jù)上述工藝要求，應(yīng)急電源的配置應(yīng)為：

　　（1）75kW可變頻逆變器1臺（考慮氧槍最大負(fù)載情況，過載能力150%，60s）

　　（2）3kVA工頻正弦波逆變器1臺（按氧槍抱閘電機(jī)全壓啟動及交流接觸器線圈最大吸合功率考慮）

　?。?）充電模塊2臺（輸出電流按電池容量的10%計算）

　?。?）免維護(hù)鉛酸蓄電池1組 （電池容量按負(fù)載電流和后備時間計算）

　　3、應(yīng)急電源的原理設(shè)計和參數(shù)計算

　　3.1 原理設(shè)計因為在交流電源正常時，氧槍電機(jī)由一臺變頻器供電，控制電源、氧槍抱閘電機(jī)、轉(zhuǎn)爐抱閘電機(jī)都是由交流電源供電，只有交流電源停電時，氧槍電機(jī)、控制電源、氧槍抱閘電機(jī)、轉(zhuǎn)爐抱閘電機(jī)才由應(yīng)急電源供電，所以應(yīng)急電源設(shè)計成離線式。

　　氧槍電機(jī)變頻器和應(yīng)急電源的可變頻逆變器分別通過兩臺輸出交流接觸器給氧槍電機(jī)供電，兩臺接觸器由操作連鎖系統(tǒng)控制，接觸器線圈分別由交流電源和應(yīng)急電源中的工頻正弦波逆變器供電，交流電源正常時，氧槍電機(jī)由原控制系統(tǒng)控制工作，交流電源事故停電時在機(jī)旁箱操作事故氧槍提升按鈕和事故松轉(zhuǎn)爐抱閘按鈕。氧槍提升到上極限自動停止，轉(zhuǎn)爐傾轉(zhuǎn)到零位停止。

　　3.2 參數(shù)計算

　　（1）可變頻逆變器技術(shù)參數(shù)可變頻逆變器采用西門子矢量型逆變器，其電氣參數(shù)為：輸入：DC510V（-15%）～650V（+10%）

　　輸出：0～3AC380額定頻率輸入：直流輸出：0~50Hz額定電流輸入：174A輸出：146A過載電流：198A過載時間：60S

　?。?）工頻正弦波逆變器技術(shù)參數(shù)直流輸入電壓：180～300V直流輸入電流：13.6A交流旁路輸入電壓：380V±15%交流旁路輸入電流：4.5A切換時間：≤5ms交流輸出電壓：380V±3%交流輸出電流：3.6A過載能力：120% 1min；150% 10s；200% 1s

　?。?）逆變器容量核算

　　a）可變頻逆變器容量核算氧槍電機(jī)容量為55KW，額定電流約110A，考慮氧槍刮渣過負(fù)荷情況，電流1.5倍為165A＜198A（逆變器過載電流），故逆變器容量能夠滿足。

　　b）工頻正旋波逆變器容量核算該逆變器負(fù)載是氧槍抱閘電機(jī)（直接啟動）和控制電源，氧槍抱閘電機(jī)容量為0.33kW，額定電流約0.66A，直接啟動電流按8倍計算為5.28A，逆變器額定輸出電流為3.6A，過載1.5倍電流為5.4A＞5.28A.

　　控制電源的負(fù)載為氧槍電機(jī)、氧槍抱閘電機(jī)、轉(zhuǎn)爐抱閘電機(jī)輸入接觸器線圈，因為他們不是同時工作，所以可以按最大線圈的吸合功率考慮，氧槍電機(jī)輸入接觸器為250A，線圈吸合功率為1430W，電流為1430W/220V＝6.5A，吸合時間0.5s；而逆變器過載能力：200%1s，既容許電流為3.6×2＝7.2A＞6.5A.因為氧槍抱閘電機(jī)啟動和接觸器操作不是同時進(jìn)行的，所以可以按最大負(fù)載考慮，由以上計算可以看出逆變器容量可以滿足。

　?。?）電池容量和串聯(lián)只數(shù)的計算

　　電池容量計算電池組是當(dāng)交流事故停電時，作為2臺逆變器的輸入電源為負(fù)載提供能量，電池組的容量由逆變器輸出的最大負(fù)載電流和持續(xù)時間決定。

　　由西門子逆變器技術(shù)參數(shù)可知：額定交流輸出電流為146A時，直流輸入電流為174A，那麼氧槍電機(jī)工作在額定電流110A時，直流輸入電流為110A×174A/146A＝131A.由工頻正弦波逆變器技術(shù)參數(shù)可知：在額定情況下，逆變器直流輸入電流為13.6A.因此2臺逆變器總的直流輸入電流為144.6A.既電池組需要提供的最大持續(xù)電流為144.6A，而持續(xù)時間為60min.根據(jù)這兩個數(shù)據(jù)就可以計算電池組的容量。

　　按恒流放電計算電池組容量，已知條件為：

　　●單只電池額定電壓：12V

　　●單只電池放電后的截止電壓：10.8V

　　●恒流放電電流：144.6A

　　●放電持續(xù)時間：1h

　　3.3 應(yīng)急電源的設(shè)備組成和原理框圖應(yīng)急電源的原理框圖見圖2.應(yīng)急電源的組成：

　?。?）斷路器：1QF：交流輸入斷路器；2QF：工頻逆變器輸入斷路器；3QF：工頻逆變器輸出斷路器；QS：可變頻逆變器輸入開關(guān)；

　?。?）接觸器：1KM：交流輸入接觸器；2KM、4KM：可變頻逆變器輸出接觸器；3KM：變頻器輸出接觸器（用戶設(shè)備）；5KM：轉(zhuǎn)爐抱閘電機(jī)輸入接觸器（用戶設(shè)備）；

　　（3）TR：隔離變壓器；

　?。?）CM1、CM2：高頻開關(guān)充電模塊；

　?。?）DC1、DC2：免維護(hù)鉛酸蓄電池組；

　　（6）1NB：可變頻逆變器；

　?。?）2NB：工頻逆變器；

　?。?）VF：變頻器（用戶設(shè)備）。

　　4、可變頻應(yīng)急電源的工作狀態(tài)

　　4.1 交流電源正常時的運行當(dāng)交流電源正常供電時，充電模塊對電池組進(jìn)行浮充電，同時2NB逆變器由交流供電旁路輸出（注：2NB輸入電源以交流優(yōu)先），為控制電源供電；1NB逆變器處于熱備待啟動狀態(tài)，電機(jī)由用戶變頻器供電。

　　4.2 交流電源斷電時的運行當(dāng)交流電源斷電時，1KM接觸器斷開，充電模塊停止工作；2NB逆變器輸入電源由交流切換到電池組供電，保證外部控制電源不間斷；同時外部連鎖系統(tǒng)停電啟動信號（用戶提供）啟動1NB逆變器，輸出接觸器3KM斷開，2KM接通，用戶電機(jī)由1NB供電。此時1NB，2NB的運行是靠電池組放電來維持的，電池組對逆變器提供一個穩(wěn)定的直流電壓，因時不會因交流電源斷電而影響負(fù)載工作。

　　5、結(jié)束語

　　可變頻應(yīng)急電源是專門用于電動機(jī)負(fù)載的輸出電壓和輸出頻率可變的交流不間斷電源，和傳統(tǒng)的UPS或工頻應(yīng)急電源相比，可以大大減少電源的設(shè)計容量，過載能力強(qiáng)、可靠性高。和傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī)相比，啟動時間快，無噪音、無污染，維護(hù)簡單，可無人值守自動操作，可計算機(jī)監(jiān)控。是一種值得推廣的新型工業(yè)電源。