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1.概述

高效連鑄機技術與傳統連鑄機相比,以其高拉速、高作業率、高質量的優勢，近幾年在國內得以較快的發展。我國小方坯高效連鑄機改造是“九五”科研攻關課題，幾年的實踐總結出許多的成功經驗。150方鑄坯的拉速以達到3.0m/min,而且鑄坯質量也有大幅提高,萊鋼現有三臺小方坯連鑄機經過考察論證,對2#小方坯連鑄機實施高效改造。在結晶器振動和拉矯機驅動動機的調速系統，由原設計的直流系統改造為交流變頻調速系統。結合連鑄機結晶器振動和拉矯機的工藝特性，選用高性能、超低噪聲的FR—A240E變頻器。

2.FR—A240E變頻器特性

連鑄機結晶器振動裝置和拉矯機是連鑄機的主體設備，傳動控制水平要求高，由于原設計的直流調速系統的直流電機在環境惡劣條件下工作，其故障率和維修率均較高，直接影響連鑄機的生產作業率和產品質量。隨著交流變頻技術的日益完善，連鑄機結晶器振動裝置和拉矯機應用變頻技術已是一種必然趨勢。因FR—A240E系列變頻器具有高的性能、超低噪聲等特性，在2#連鑄機高效改造中被選用，其與通用變頻器相比具有一下特點：

2.1  適用負荷的選擇

FR—A240E變頻器具有根據負荷特性選擇輸出特性（V/F），其適用于定力矩負荷，如輸送機、臺車等，也適用于升降機特性的負荷。其具有力矩提升功能，調整低頻區域電動機的力矩，使其輸出特性與負荷特性相配合，以使構成的系統具有高的動態品質特性。

2.2  磁通矢量控制

在需要大的啟動力矩或充分低速力矩的場合和負荷劇烈變化的負荷時,應選擇其磁通控制功能。此功能啟動力矩可達到150%/1Hz，而在高速區矢量控制同樣可以弱磁運行，進行恒功率調速，其速度力矩精度響應頻率性能和指標，可達到直流調速系統品質指標。

2.3  瞬停后再啟動特性

系統的瞬停再啟動,對于在線狀態的傳動系統是一個極為重要的功能,由于在無磁場的情況下,選擇逐步上升曲線或瞬時速度來推定,其自由運行時間的設定,為適應負荷的慣性(GD),力矩大小可以在0.1—5s的范圍內調整，再啟動上升時間也是根據負荷的慣性、力矩大小在0.1—5s范圍內調整，再啟動控制輸出電壓的上升時間。

2.4  超低噪聲特性

噪聲有從外部侵入使變頻器誤動的噪聲和變頻器輻射出使外圍設備誤動的噪聲,FR—A240E系列變頻器為使噪聲端子電壓降低，在根據機械系統和電動機的共振頻率之間的關系，在需要的場合，可以改變載波頻率，降低PWM載波頻率時，由變頻器發出的噪聲和泄露電流會減少。

3.結晶器振動和拉矯機控制系統

2#連鑄機的控制系統由5臺西門子S7系列PLC構成(每鑄流由一臺S7—PLC實現生產過程自動控制,公用設備由一臺S7—PLC控制),采用PROFIBS—DF總線系統，通過通信模塊CP443—5實現編程器與MMI系統通信。鑄流的結晶器振動及拉矯機交流變頻調速系統納入PLC系統，以實現連鑄機生產過程的自動控制。

3.1  結晶器振動控制系統

由變頻器構成的結晶器振動交流調速系統,有兩種操作方式,一是在操作臺上手動操作,二是由PLC的全自動操作.在控制室的操作臺上實現手動、自動選擇,手動時可在操作臺上實現振動裝置的振動頻率(電動機速度)手動給定,在操作平臺的機旁控制箱上可以控制電動機的起停。這種方式是為檢修、調試設備時設置的，而連鑄機正常生產是選擇自動方式，此時振動電動機隨著拉矯機的起停而自動起停，結晶器的振動頻率是根據拉矯機速度線性變化，其線性關系有連鑄工藝給定。

3.2  拉矯機的控制系統

拉矯機控制系統主要擔負著拉矯機的送引錠、啟動、拉坯、停止的速度調節，拉矯一、二輥的壓下和抬起功能，其操作權在控制室的操作臺上，選擇手動只能實現拉矯機的點動操作，拉矯機以預先在變頻器上設定的速度值向上或向下慢速運行。而自動操作時，PLC根據設定的工藝參數，實現拉矯機在送引錠時快速加速至額定轉速運行，在整個拉坯過程變頻器根據來自PLC的給定值，實現速度的自動調節，以保證其拉坯速度運行在工藝的給定參數值上，以此實現連鑄生產過程的全自動控制。

4.加減速參數的設定

拉矯機及結晶器振動系統一般要求快速啟動,如果tqg的值太大就不能滿足啟動速度的要求,就需要加大MD,這就是要求增加電動機的容量,變頻器的容量也相應也要增大,若減速時間縮短,要在變頻器外部配置再生制動組件,使系統的性能價格比下降。故系統的加減速時間是系統的重要參數。

4.1  加速時間的設定

變頻器的加速時間是指系統的頻率從0上升到50Hz所需要的時間,即是電動機從零速上升到額定轉速的時間,電動機從零速升高到工作速度ng所需的時間tqg按下式計算:

tqg=GD2ng/375(MD－－-Mj)

式中.MD—電動機的加速力矩，計算時取值為(1.2—1.3)Me,Me 為電動機的額定轉距;

Mj—負載的靜態阻轉距；

將tqg折算到從零速升到額定轉速neq的時間tqe

tqe=ned*tqg/ng

變頻器的軟啟動時間應設定得比計算的tqe長些，如果設定得比tqe短，往往會因內過電流而停止運行。

4.2  減速時間設定

減速時間也是指電動機的頻率變化從50Hz到零速的時間,即電動由額定轉速至零轉速的時間,電動機從工作轉速ng降至零速的時間可以有下式計算:

tzg=GD2ng/375(Mz+Mj)  

式中:Mz—電動機的制動力矩，計算時?。?.2—0.3）Me;

將tzg折算到從額定轉速ned降至零速時間tze

tze=ned.tzg/ng

變頻器的軟制動時間設定要比tze長些,否則易出現直流制動過電壓而跳閘。

5.變頻器的抗干擾

由于變頻器采用PWM型逆變電路，使輸出含有較高的高次諧波，極易干擾控制電路工作，易發生電動機爬行，拉坯速度不穩，直接影響鑄坯的產品質量，為消除干擾應采取以下措施；

5.1   在變頻器給定輸入信號與地之間接一電容器,用于將干擾信號濾掉;

5.2   控制電路采用雙絞屏蔽電纜,單端接地,中間不要設中轉端子,敷設時應于電力電纜之間距離大于100mm,不可在同一槽內與電力電纜交叉,如需交叉時應取直角。

5.3電動機電源線應采用4芯電纜,其中一根作為接地線與變頻器柜接地母性相連。