1、可變頻應急電源的應用-煉鋼轉爐氧槍事故提升電源    1  工藝要求    煉鋼轉爐氧槍電機目前多采用交流電動機，交流電源正常時由變頻器供電，實現氧槍的下降、吹氧、提升的調速運行;交流電源事故停電時必須由另一套應急電源供電，緊急提升氧槍，防止發生設備事故。根據某鋼廠煉鋼轉爐的工藝要求，在交流事故停電時應急電源需要供電的負載為:    (1) 氧槍電機1臺，電壓380V，容量55kW;    (2) 氧槍抱閘電機1臺，電壓380V，容量0.33kW;

2、0;   (3) 轉爐抱閘電機4臺，電壓380V，    容量0.45kW×41.8kW;    (4) 事故控制電源，電壓380V，容量2.4kW;    (5) 要求應急電源的備用時間為1小時。應急電源的工作情況有以下2種情況:    當轉爐正在煉鋼吹氧時，交流電源突然停電，應急電源中的可變頻逆變器應首先輸出給氧槍電機使其處于堵轉狀態，同時應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

3、爐已經在零位，應急電源不需給轉爐抱閘電機供電。    如轉爐正在出鋼時，交流電源突然停電，應急電源中的可變頻逆變器應輸出給轉爐抱閘電機，松開轉爐抱閘，轉爐靠自重傾轉回到零位。因為出鋼時，氧槍已經在最高位，應急電源不需給氧槍電機供電。    2  應急電源的配置根據上述工藝要求，應急電源的配置應為:    (1) 75kW可變頻逆變器1臺(考慮氧槍最大負載情況，過載能力150%，60s)    (2) 3kVA工頻正弦波逆變器1臺(按氧槍抱閘電機全壓啟動及交

4、流接觸器線圈最大吸合功率考慮)    (3) 充電模塊2臺(輸出電流按電池容量的10%計算)    (4) 免維護鉛酸蓄電池1組 (電池容量按負載電流和后備時間計算)     3  應急電源的原理設計和參數計算 3.1 原理設計    因為在交流電源正常時，氧槍電機由一臺變頻器供電，控制電源、氧槍抱閘電機、轉爐抱閘電機都是由交流電源供電，只有交流電源停電時，氧槍電機、控制電源、氧槍抱閘電機、轉爐抱閘電機才由應急電源供電，所以應急電源設計成離線式。 

5、;   氧槍電機變頻器和應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供電，兩臺接觸器由操作連鎖系統控制，接觸器線圈分別由交流電源和應急電源中的工頻正弦波逆變器供電，交流電源正常時，氧槍電機由原控制系統控制工作，交流電源事故停電時在機旁箱操作事故氧槍提升按鈕和事故松轉爐抱閘按鈕。氧槍提升到上極限自動停止，轉爐傾轉到零位停止。應急電源系統主回路及控制回路見圖1。        圖1     應急電源系統主回路及控制回路  &#

6、160; 3.2 參數計算(1)可變頻逆變器技術參數可變頻逆變器采用西門子矢量型逆變器，其電氣參數為:   輸入:DC510V(-15%)650V(+10%)      輸出:03AC380   額定頻率   輸入:直流   輸出:050Hz   額定電流   輸入:174A   輸出:146A   過載電流:198A   過載時間:60S(2) 工頻正弦波

7、逆變器技術參數   直流輸入電壓:180300V   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(3) 逆變器容量核算    a)可變頻逆變器容量核算   

8、; 氧槍電機容量為55KW，額定電流約110A，考慮氧槍刮渣過負荷情況，電流1.5倍為165A198A(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    該逆變器負載是氧槍抱閘電機(直接啟動)和控制電源，氧槍抱閘電機容量為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5.4A5.28A。    控制電源的負載為氧槍電機、氧槍抱閘電機、轉爐抱閘電機輸入接觸器線圈，因為他們不是同時工作，所以可以按最大

9、線圈的吸合功率考慮，氧槍電機輸入接觸器為250A，線圈吸合功率為1430W，電流為1430W/220V6.5A，吸合時間0.5s;而逆變器過載能力:200% 1s，既容許電流為3.6×27.2A6.5A。    因為氧槍抱閘電機啟動和接觸器操作不是同時進行的，所以可以按最大負載考慮，由以上計算可以看出逆變器容量可以滿足。    (4) 電池容量和串聯只數的計算    a) 電池容量計算    電池組是當交流事故停電時，作為2臺逆變器的輸入電源為負載提供能量，電池組的

10、容量由逆變器輸出的最大負載電流和持續時間決定。    由西門子逆變器技術參數可知:額定交流輸出電流為146A時，直流輸入電流為174A，那麼氧槍電機工作在額定電流110A時，直流輸入電流為110A×174A/146A131A。由工頻正弦波逆變器技術參數可知: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電流為144.6A，而持續時間為60min。根據這兩個數據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 &

11、#160; 單只電池放電后的截止電壓:10.8V   恒流放電電流:144.6A   放電持續時間:1h   放電容量為144.6A×1.0h144.6Ah    從圖4電池放電曲線可以得出1h對應12×J20曲線，再由圖5電池容量曲線可以得出容量60%;設所求電池容量為C，按下面公式計算:60%×144.6=100%×CC=100×144.6/60=241Ah   故選240Ah電池。    b) 電池串

12、聯只數計算    串聯只數N取決于逆變器輸入直流電壓的最大和最小允許值。不間斷電源在正常運行時，系統處于浮充電狀態，電池只數應為:    N=Ue/6Uf(12V/單只電池)    式中:N為蓄電池組串聯只數    Ue逆變器輸入或變頻器中間直流回路額定電壓    Uf單體電池的浮充電電壓    以12V/單只電池為例，單體電池的浮充電壓Uf=  2.25V,單只電池的浮充電壓Uf=13.5V。 

13、   西門子逆變器的輸入電壓為:    Ue=510650V±10%, 即Ue(min)=510V    650V和715V是逆變器能正常工作的電壓上限和下限值，取平均值:Ue=(459V+715V)/2=587V。    則N=Ue/6Uf=587V/6×2.25V=43.48只。取N=42只。    浮充電時,電池組端電壓Ud=42×2.25V×=567V。電壓在設備允許范圍內。   

14、;     圖2      應急電源原理框圖    3.3 應急電源的設備組成和原理框圖    應急電源的原理框圖見圖2。應急電源的組成:    (1) 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;    (2) 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:

15、變頻器輸出接觸器(用戶設備); 5KM:轉爐抱閘電機輸入接觸器(用戶設備);    (3) TR:隔離變壓器;    (4) CM1、CM2:高頻開關充電模塊;    (5) DC1、DC2:免維護鉛酸蓄電池組;    (6) 1NB:可變頻逆變器;    (7) 2NB:工頻逆變器;    (8) VF:變頻器(用戶設備)。    4  可變頻應急電源的工作狀態4.

16、1 交流電源正常時的運行當交流電源正常供電時，充電模塊對電池組進行浮充電，同時2NB逆變器由交流供電旁路輸出(注:2NB輸入電源以交流優先)，為控制電源供電;1NB逆變器處于熱備待啟動狀態，電機由用戶變頻器供電，見圖3。        圖3    交流電源正常時的運行    4.2 交流電源斷電時的運行當交流電源斷電時，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;同時外部連鎖系統停電啟動

17、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定的直流電壓，因時不會因交流電源斷電而影響負載工作，見圖4。4.3 交流電源恢復時的運行在交流電源恢復正常時，應急電源可不需人工操作便可自動重新啟動，充電模塊開始對電池組補充充電，這時電源恢復到正常運行狀態，等待下次使用。        圖4     交流電源斷電時的運行    

18、;    5  結束語    可變頻應急電源是專門用于電動機負載的輸出電壓和輸出頻率可變的交流不間斷電源，和傳統的UPS或工頻應急電源相比，可以大大減少電源的設計容量，過載能力強、可靠性高。和傳統的柴油發電機相比，啟動時間快，無噪音、無污染，維護簡單，可無人值守自動操作，可計算機監控。是一種值得推廣的新型工業電源。  參考文獻1 SIEMENS SIMOVERT MASTER DRIVES 逆變器(變頻器)使用說明書 西門子.2 GFM閥控式密封鉛酸蓄電池電力工程設計應用手冊 2000年.3 童

19、林毅. 電力系統高頻開關直流電源J. 供電與用電,1999,(3). 4 閥控式密封鉛酸蓄電池資料匯編M. 北京:中國電力出版社,2001.5 免維護變頻型交流不停電電源 童林毅 張奇 張立陽(實用新型專利ZL99 215007.8).6 在線式雙機熱備電力系統直流操作電源 童林毅 張奇 張立陽(實用新型專利ZL99 215006.X).7童林毅. 可變頻應急電源的開發及應用J. 變頻器世界, 2003,(2).    b) 電池串聯只數計算    串聯只數N取決于逆變器輸入直流電壓的最大和最小允許值。不間斷電源在正常運行時，系統處于

20、浮充電狀態，電池只數應為:    N=Ue/6Uf(12V/單只電池)    式中:N為蓄電池組串聯只數    Ue逆變器輸入或變頻器中間直流回路額定電壓    Uf單體電池的浮充電電壓    以12V/單只電池為例，單體電池的浮充電壓Uf=  2.25V,單只電池的浮充電壓Uf=13.5V。    西門子逆變器的輸入電壓為:    Ue=510650V±10%, 即

21、Ue(min)=510V    650V和715V是逆變器能正常工作的電壓上限和下限值，取平均值:Ue=(459V+715V)/2=587V。    則N=Ue/6Uf=587V/6×2.25V=43.48只。取N=42只。    浮充電時,電池組端電壓Ud=42×2.25V×=567V。電壓在設備允許范圍內。        圖2      應急電

22、源原理框圖    3.3 應急電源的設備組成和原理框圖    應急電源的原理框圖見圖2。應急電源的組成:    (1) 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;    (2) 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(用戶設備); 5KM:轉爐抱閘電機輸入接觸器(用戶設備);    (3) TR:隔離變

23、壓器;    (4) CM1、CM2:高頻開關充電模塊;    (5) DC1、DC2:免維護鉛酸蓄電池組;    (6) 1NB:可變頻逆變器;    (7) 2NB:工頻逆變器;    (8) VF:變頻器(用戶設備)。    4  可變頻應急電源的工作狀態4.1 交流電源正常時的運行當交流電源正常供電時，充電模塊對電池組進行浮充電，同時2NB逆變器由交流供電旁路輸出(注:2NB輸入電源以交流優先)，為控制電源供電;1NB逆變器處于熱備待啟動狀態，電機由用戶變頻器供電，見圖3。        圖3    交流電源正常時的運行    4.2 交流電源斷電時的運行當交流電源斷電時，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;同時外部連鎖系統停電啟動信號(用戶提供)啟動1NB逆