前言
　　由于其具有各种优点，比如无接触污染、均匀的溶液温度、较短的熔炼时间、相同的化学成分、减少氧化渣、低烧损、高指数可控性和高电气化水平CONTROL ENGINEERING China版权所有，作为金属冶炼过程中的关键设备，电磁搅拌机已广泛应用于冶金行业。变频电源是电磁搅拌机的重要组成部分，其特点决定了金属冶炼的质量、节能效果、搅拌质量指数。一般来说，电磁搅拌机的传统电源是AC-AC或两象限AC-DC-AC，其中存在许多缺陷，比如功率因数低、谐波干扰大、电网能量回馈不可行、突然断电时容易致使爆炸事故。而四象限变频器可以科学配置，给电磁搅拌系统提供变频电源，从而可避免传统电源的诸多缺陷。
　　I.工作原理
　　感应电磁搅拌机主要由变频电源和电感器组成。根据电磁感应原理CONTROL ENGINEERING China版权所有，高强度的磁场作用于金属溶液（导体），因此使得它有规律地移动。变频电源改变50/60Hz交流工频为可调输出电压0.5~5.0Hz 变频分离低频电源，当电源通过电感器时形成交替移动磁场，移动磁场通过穿透在炉底部的不锈钢板对金属溶液产生作用，在磁场的作用下，金属溶液产生感应电动势和感应电流，同时在磁场的交互作用下，感应电流产生电磁力，从而使金属溶液有规律地移动，达到溶液搅拌的目的。改变移动磁场的方向和强度能有效地控制金属液的搅拌方向和强度。电磁搅拌示意图如图（1）所示。

　　图（1）电磁搅拌示意图

　　II.变频电源的技术要求
　　●变频分离控制
　　●上位机触摸屏和MODBUS之间的通信
　　●电压等级：AC 380V
　　●功率因数≥0.96CONTROL ENGINEERING China版权所有，满负荷在0.98以上
　　●AC-DC-AC四象限变频器
　　●允许三相输出电流不平衡度≥15％
　　●可调频率0.5Hz-5HZ，正常运行频率0.5Hz-1Hz
　　●频率调整分辨率0.1Hz（至少），0.05Hz（最佳）
　　●可设定运行时间
　　●倒计时停止设置
　　●低频大电感器件
　　●需要考虑紧急停止时负载电感的能量释放
　　III.变频电源的选择和配置

名称	型号	额定电压	额定功率	数量	备注
LCL过滤器	GD800-01-0090-4	AC380V	90kW	1
整流模块	GD800-51-0090-4	AC380V	90kW	1
逆变器模块	GD800-51-0200-4	AC380V	200kW	1
输出反应器	ACL2-160-4	AC380V		1
制动单元	DBU100H-320-4	DC560V		1
制动电阻	520W 10Ω±5%			4
Profibus-DP通讯卡	EC-TX103			1

　　IV.接线图

　　图（2） 四象限变频器主电路接线图

　　V.Goodrive800四象限变频器应用在电磁搅拌设备上的优点
　　变频电源Goodrive800四象限变频器是一款专为高端市场而研发的高性能变频器。其电流额定值是根据在高负载情况而设计的控制工程网版权所有，因此它适用于高过载容量、高可靠性和连续运行的环境。
　　通过采用国际流行的模块化设计，Goodrive800四象限变频器可以提供整流单元、逆变单元和滤波器单元或一整套设备，以满足OEM和集成系统用户和客户的要求。其技术特点如下：
　　◆整流采用IGBT有功部分，PWM调制可以把再生能量转换为电力，然后反馈给电网，功率因数可以达到0.98以上，因此，可以实现最大化节能；
　　◆母线电压和输出电压连续、可控、稳定（电网侧电压波动影响较少），解决了因AC-AC变频器或普通二象限变频器的大电压波动而对金属冶炼产生的影响；
　　◆提供变频控制、开环矢量控制和闭环矢量控制，支持变频分离，解决了电磁搅拌机在特殊负载情况下正常工作时，安全停机的自动保护问题；
　　◆采用模块化结构设计，便于组装和现场维护；各单元的接线均为顶入底出，满足了公共直流母线方案。
　　◆各单元之间采用光纤通信，以实现主控板和单元控制之间光电隔离，在长距离传输的特殊要求下，确保系统的可靠性；
　　◆支持多种通讯协议包括Modbus、Profibus、CAN、以太网和DeviceNet，适用于各类工业领域的应用；
　　◆提供完善的变频保护功能。除了传统的保护功能，比如过流保护、过压保护、过温保护，还关注电机侧的保护，通过温度检测端，实时检测电机的运行温度，以提供有效的过温保护；
　　◆标准STO（安全关断），SS1（安全停止1），SLS（安全限速），SBC（安全制动控制）保护最大化地确保系统的安全性和可靠性；
　　◆EMC性能满足C3要求。
　　VI.现场调试和参数设置
　　Goodrive800四象限变频器整流单元的参数设置：

功能码	名称	设置值	说明
P00.00	工作模式	0	整流模式
P00.03	运行模式	0	Cosφ模式
P00.05	DC母线电压	670	制动单元滞后曲线的下限是680V，适当降低DC母线电压参照值
P00.07	载频	3.0	默认设置
P00.08	PWM控制	1	三相调制

　　Goodrive800四象限变频器逆变单元的参数设置：

功能码	名称	设置值	说明
P00.00	速度控制模式	2	变频控制
P00.03	最大输出频率	10Hz
P00.04	运行频率上限	2Hz
P00.11	ACC时间1	40s
P00.12	DEC time 1 DEC时间1	40s
P04.00	变频曲线设置	5	变频曲线隔离
P04.09	电机转差率补偿增益	0%
P04.10	低频振动控制系数	0
P04.11	高频振动控制系数	0
P04.27	电压设置	6	PID额定电压
P04.29	增压时间	5s
P04.30	减压时间	1s
P09.00	PID参考源	0	键盘数字参考
P09.02	PID反馈源	9	输出电流为PID反馈源
P09.04	比例增益	0.6
P09.05	整体时间	0.12
P11.05	电流限制作用	0	无效电流限制

　　由于变频电源的负荷为较大电感（约25mH），会存在因大电感的能量释放而引起的冲击。行业应用中的技术难点是：1.在0.8~2Hz运行频率www.cechina.cn，350A工作电流和45°C环境温度的情况下，保持长时间稳定运行；2.滑行停车时，可以成功释放大电感能量，对电网无任何冲击，也不会引起故障报警；3.在电网异常关闭情况下，确保大电感能量可以成功释放；4.在额定负载（320A）的情况下，反馈到电网的功率因数应不低于96％。
　　为了保证在滑行停车或电网异常关闭的情况下，能够成功释放大电感能量，在变频电源的DC母线上增加制动单元和制动电阻，以便及时释放再生能量。最后，进行负载测试，在额定负载下，能量回馈功率因数达0.98以上。至此，调试圆满成功，受到客户高度赞扬。

　图（3）Goodrive800四象限         图（4）Goodrive800逆变单元

　　VII.结论
　　随着经济的快速发展，中国更加重视工业污染和工业设备的节能。由于其各种优点，如绿色、环保、节能以及功能完善，Goodrive800四象限变频器将被广泛应用于冶金行业的电磁搅拌设备上。
　　[1] 深圳市英威腾电气股份有限公司《GD800系列变频速度控制系统操作说明书》

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