FR—A240E变频器在方坯连铸机高效改造中的应用———周志敏山东

摘要；文中阐述了FR—A240E变频器的特性及交流变频调速控制系统的构成，并重点论述了加减速参数的设定和变频器的抗干扰措施。
关键词：特性  控制系统   参数设定   抗干扰
1.概述
    高效连铸机技术与传统连铸机相比,以其高拉速、高作业率、高质量的优势，近几年在国内得以较快的发展。我国小方坯高效连铸机改造是“九五”科研攻关课题，几年的实践总结出许多的成功经验。150方铸坯的拉速以达到3.0m/min,而且铸坯质量也有大幅提高,莱钢现有三台小方坯连铸机经过考察论证,对2#小方坯连铸机实施高效改造。在结晶器振动和拉矫机驱动动机的调速系统，由原设计的直流系统改造为交流变频调速系统。结合连铸机结晶器振动和拉矫机的工艺特性，选用高性能、超低噪声的FR—A240E变频器。
2.FR—A240E变频器特性
    连铸机结晶器振动装置和拉矫机是连铸机的主体设备，传动控制水平要求高，由于原设计的直流调速系统的直流电机在环境恶劣条件下工作，其故障率和维修率均较高，直接影响连铸机的生产作业率和产品质量。随着交流变频技术的日益完善，连铸机结晶器振动装置和拉矫机应用变频技术已是一种必然趋势。因FR—A240E系列变频器具有高的性能、超低噪声等特性，在2#连铸机高效改造中被选用，其与通用变频器相比具有一下特点：
2.1适用负荷的选择
FR—A240E变频器具有根据负荷特性选择输出特性（V/F），其适用于定力矩负荷，如输送机、台车等，也适用于升降机特性的负荷。其具有力矩提升功能，调整低频区域电动机的力矩，使其输出特性与负荷特性相配合，以使构成的系统具有高的动态品质特性。
2.2磁通矢量控制
在需要大的启动力矩或充分低速力矩的场合和负荷剧烈变化的负荷时,应选择其磁通控制功能。此功能启动力矩可达到150%/1Hz，而在高速区矢量控制同样可以弱磁运行，进行恒功率调速，其速度力矩精度响应频率性能和指标，可达到直流调速系统品质指标。
2.3瞬停后再启动特性
系统的瞬停再启动,对于在线状态的传动系统是一个极为重要的功能,由于在无磁场的情况下,选择逐步上升曲线或瞬时速度来推定,其自由运行时间的设定,为适应负荷的惯性(GD),力矩大小可以在0.1—5s的范围内调整，再启动上升时间也是根据负荷的惯性、力矩大小在0.1—5s范围内调整，再启动控制输出电压的上升时间。
2.4超低噪声特性
噪声有从外部侵入使变频器误动的噪声和变频器辐射出使外围设备误动的噪声,FR—A240E系列变频器为使噪声端子电压降低，在根据机械系统和电动机的共振频率之间的关
系，在需要的场合，可以改变载波频率，降低PWM载波频率时，由变频器发出的噪声和泄露电流会减少。
3.结晶器振动和拉矫机控制系统
2#连铸机的控制系统由5台西门子S7系列PLC构成(每铸流由一台S7—PLC实现生产过程自动控制,公用设备由一台S7—PLC控制),采用PROFIBS—DF总线系统，通过通信模块CP443—5实现编程器与MMI系统通信。铸流的结晶器振动及拉矫机交流变频调速系统纳入PLC系统，以实现连铸机生产过程的自动控制。
3.1结晶器振动控制系统
由变频器构成的结晶器振动交流调速系统,有两种操作方式,一是在操作台上手动操作,二是由PLC的全自动操作.在控制室的操作台上实现手动、自动选择,手动时可在操作台上实现振动装置的振动频率(电动机速度)手动给定,在操作平台的机旁控制箱上可以控制电动机的起停。这种方式是为检修、调试设备时设置的，而连铸机正常生产是选择自动方式，此时振动电动机随着拉矫机的起停而自动起停，结晶器的振动频率是根据拉矫机速度线性变化，其线性关系有连铸工艺给定。
3.2拉矫机的控制系统
拉矫机控制系统主要担负着拉矫机的送引锭、启动、拉坯、停止的速度调节，拉矫一、二辊的压下和抬起功能，其操作权在控制室的操作台上，选择手动只能实现拉矫机的点动操作，拉矫机以预先在变频器上设定的速度值向上或向下慢速运行。而自动操作时，PLC根据设定的工艺参数，实现拉矫机在送引锭时快速加速至额定转速运行，在整个拉坯过程变频器根据来自PLC的给定值，实现速度的自动调节，以保证其拉坯速度运行在工艺的给定参数值上，以此实现连铸生产过程的全自动控制。
4.加减速参数的设定
拉矫机及结晶器振动系统一般要求快速启动,如果tqg的值太大就不能满足启动速度的要求,就需要加大MD,这就是要求增加电动机的容量,变频器的容量也相应也要增大,若减速时间缩短,要在变频器外部配置再生制动组件,使系统的性能价格比下降。故系统的加减速时间是系统的重要参数。
4.1加速时间的设定
变频器的加速时间是指系统的频率从0上升到50Hz所需要的时间,即是电动机从零速上升到额定转速的时间,电动机从零速升高到工作速度ng所需的时间tqg按下式计算:
    tqg=GD2ng/375(MD---Mj)
式中.MD—电动机的加速力矩，计算时取值为(1.2—1.3)Me,Me 为电动机的额定转距;
     Mj—负载的静态阻转距；
将tqg折算到从零速升到额定转速neq的时间tqe
     tqe=ned*tqg/ng
变频器的软启动时间应设定得比计算的tqe长些，如果设定得比tqe短，往往会因内过电流而停止运行。
       4.2减速时间设定
    减速时间也是指电动机的频率变化从50Hz到零速的时间,即电动由额定转速至零转速的时间,电动机从工作转速ng降至零速的时间可以有下式计算:
tzg=GD2ng/375(Mz+Mj)   
式中:Mz—电动机的制动力矩，计算时取（0.2—0.3）Me;
将tzg折算到从额定转速ned降至零速时间tze
     tze=ned.tzg/ng
变频器的软制动时间设定要比tze长些,否则易出现直流制动过电压而跳闸。
5.变频器的抗干扰
由于变频器采用PWM型逆变电路，使输出含有较高的高次谐波，极易干扰控制电路工作，易发生电动机爬行，拉坯速度不稳，直接影响铸坯的产品质量，为消除干扰应采取以下措施；
5.1在变频器给定输入信号与地之间接一电容器,用于将干扰信号滤掉;
5.2控制电路采用双绞屏蔽电缆,单端接地,中间不要设中转端子,敷设时应于电力电缆之间距离大于100mm,不可在同一槽内与电力电缆交叉,如需交叉时应取直角。
5.3电动机电源线应采用4芯电缆,其中一根作为接地线与变频器柜接地母性相连。      

(注：GD2ng中的2是平方)