摘要：電磁攪拌器是一種完全不與金屬溶液接觸而靠電磁力對金屬溶液進(jìn)行攪拌的裝置，該裝置能夠提高各種合金的整體均勻性，縮短融化時間，減少金屬燒損，提高產(chǎn)品質(zhì)量。本文以英威騰Goodrive800四象限變頻器在電磁攪拌器變頻電源上的應(yīng)用，著重介紹英威騰Goodrive800四象限變頻器應(yīng)用在鋁熔爐電磁攪拌設(shè)備上的優(yōu)越性。

    關(guān)鍵詞：金屬冶煉  電磁攪拌  Goodrive800  四象限  變頻電源

    一、引言

    電磁攪拌器是金屬冶煉過程中的關(guān)鍵設(shè)備，在金屬熔煉過程中，以其無接觸性污染、均勻金屬溶液溫度、縮短熔煉時間、均勻金屬溶液化學(xué)成分、減少氧化渣產(chǎn)生、降低燒損率、指標(biāo)可控性好、電氣化程度高等諸多優(yōu)勢而在金屬冶煉行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。變頻電源作為電磁攪拌設(shè)備的關(guān)鍵部分，其性能特點(diǎn)決定了金屬冶煉的質(zhì)量、節(jié)電率和攪拌指標(biāo)的好壞。傳統(tǒng)的電磁攪拌變頻電源一般為交-交變頻電源或兩象限交-直-交變頻電源，其存在功率因數(shù)低、諧波干擾大、無法實(shí)現(xiàn)能量回饋電網(wǎng)、運(yùn)行中忽停電易炸機(jī)等缺陷，而四象限變頻器經(jīng)科學(xué)配置后作為電磁攪拌系統(tǒng)的變頻電源，則可規(guī)避傳統(tǒng)變頻電源的諸多不足。

    二、電磁攪拌器的工作原理

    感應(yīng)式電磁攪拌器主要由變頻電源和感應(yīng)器組成，是利用電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生的強(qiáng)磁場作用于金屬溶液（導(dǎo)體）上，從而促使金屬溶液（導(dǎo)體）在磁場作用下做規(guī)律運(yùn)動。變頻電源把50/60HZ的電網(wǎng)工頻交流電變換成頻率為0.5~5.0HZ、輸出電壓可調(diào)的VF分離低頻電源，該電源通入電磁攪拌感應(yīng)器中，形成交變行波磁場，此行波磁場穿透爐底的不銹鋼板作用于金屬溶液上，金屬溶液在磁場的作用下產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，此感應(yīng)電流又與磁場相互作用產(chǎn)生電磁力，從而使金屬溶液做有規(guī)律的運(yùn)動，以達(dá)到對金屬溶液攪拌的目的。通過改變行波磁場的方向及強(qiáng)度，可以有效控制金屬溶液的攪拌方向和攪拌強(qiáng)度。電磁攪拌原理圖如下圖（1）所示。

圖（1）電磁攪拌原理圖

    三、電磁攪拌設(shè)備變頻電源技術(shù)要求

    •變頻電源控制可以真正V/F分離控制

    •變頻電源采用MODBUS和上位觸摸屏通訊

    •變頻電源電壓等級AC380V

    •變頻電源的功率因數(shù)最低不低于0.96，滿載運(yùn)行時功率因數(shù)0.98以上

    •變頻電源采用AC-DC-AC四象限變頻器

    •變頻電源可允許電流輸出三相不平衡度至不低于15%

    •變頻電源可調(diào)節(jié)頻率0.5HZ-5HZ，正常運(yùn)行頻率在0.5HZ-1HZ之間

    •變頻電源頻率調(diào)節(jié)分辨率至少為0.1HZ，最好為0.05HZ

    •變頻電源運(yùn)行時間可以自行設(shè)定

    •變頻電源可以時間倒計時停機(jī)設(shè)定

    •變頻電源負(fù)載設(shè)備屬低頻大電感設(shè)備

    •需要考慮緊急停機(jī)時負(fù)載電感的能量釋放

    四、變頻電源選型及配置

    五、電氣原理圖

圖（2）四象限變頻器主回路電氣原理圖

    六、Goodrive800四象限變頻器應(yīng)用在電磁攪拌設(shè)備上的優(yōu)勢

    該變頻電源采用的的英威騰Goodrive800四象限變頻器是一款專為高端應(yīng)用市場而設(shè)計的高性能變頻器，該型號變頻器電流額定值按照重載工況設(shè)計，可以應(yīng)用在需要高過載能力、高可靠性、持續(xù)作業(yè)的場合。

    Goodrive800四象限變頻器采用國際主流的模塊化設(shè)計理念，可單獨(dú)提供整流、逆變、濾波單元或整套柜機(jī)，從而滿足用戶、OEM和系統(tǒng)集成不同類型客戶的需求。其技術(shù)特點(diǎn)如下：

    ◆整流部分采用IGBT功率器件，PWM調(diào)制技術(shù)可將負(fù)載再生能量轉(zhuǎn)化為電能回饋至電網(wǎng)，功率因數(shù)可達(dá)到0.98以上，最大限度的節(jié)約電能。

    ◆母線電壓和輸出電壓連續(xù)可控且平穩(wěn)（受電網(wǎng)側(cè)電壓波動等因素影響小），克服了以往交-交變頻或普通兩象限變頻輸出電壓受電網(wǎng)等因素波動大而影響金屬熔煉效果的弊端；

    ◆提供V/F、開環(huán)矢量、閉環(huán)矢量三種控制方式，同時支持V•F分離功能，解決了電磁攪拌特殊負(fù)載正常工作時主動防御安全停車的難題；

    ◆結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計，方便組裝與現(xiàn)場維護(hù)，單元接線方式上進(jìn)下出，滿足客戶共直流母線方案的使用；

    ◆系統(tǒng)單元之間采用光纖通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)主控制板與單元控制之間的光電隔離，在滿足工程現(xiàn)場特殊的長距離傳輸需求的同時有效的保障系統(tǒng)可靠性；

    ◆支持Modbus、Profibus、CAN、Ethernet以及DeviceNet等多種通訊協(xié)議要求，方便工業(yè)現(xiàn)場各種應(yīng)用；

    ◆提供完善的變頻保護(hù)功能，除具備豐富的過流、過壓、過溫保護(hù)等傳統(tǒng)的變頻器保護(hù)功能外，更加側(cè)重電機(jī)側(cè)的保護(hù)，可以通過電機(jī)溫度檢測端子實(shí)時檢測電機(jī)運(yùn)行溫度，為電機(jī)提供有效的過溫保護(hù)；

    ◆標(biāo)配的STO（安全轉(zhuǎn)矩截止）、SS1（安全停車1）、SLS(安全限速)、SBC(安全抱閘)保護(hù)功能，最大限度保障了系統(tǒng)的安全性和可靠性；

    ◆EMC性能滿足C3等級要求。

    七、現(xiàn)場調(diào)試及參數(shù)設(shè)置

    Goodrive800四象限變頻器整流單元參數(shù)設(shè)置：

    Goodrive800四象限變頻器逆變單元參數(shù)設(shè)置：

Goodrive800四象限變頻器逆變單元參數(shù)設(shè)置：

    變頻電源的負(fù)載為大電感（約為25mH），存在大電感能量釋放沖擊問題。此行業(yè)應(yīng)用存在以下幾個技術(shù)難點(diǎn)：1、運(yùn)行頻率為0.8~2Hz，工作電流需達(dá)到350A，在環(huán)境溫度為45℃的工況下，保證長期穩(wěn)定運(yùn)行；2、自由停車大電感能量能夠順利釋放，不得對電網(wǎng)造成沖擊，變頻電源不得報故障；3、電網(wǎng)非正常斷電時，保證大電感能量能夠順利釋放；4、額定負(fù)載（320A）條件下，回饋到電網(wǎng)的功率因素不得低于96%。

    由于負(fù)載為大電感，必然存在大電感能量釋放沖擊問題。為了保證在變頻電源在自由停車或者電網(wǎng)非正常斷電情況下大電感能量的釋放，我們在變頻電源直流母線上增加制動單元和制動電阻，確保再生能量的及時釋放。最后帶負(fù)載測試，在額定負(fù)載下，能量回饋功率因數(shù)達(dá)到0.98以上，調(diào)試取得圓滿成功，獲得客戶高度肯定。

圖（3）Goodrive800四象限變頻器圖          （4）Goodrive800逆變單元

    八、結(jié)束語

    由于基礎(chǔ)能源的相對匱乏，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國家對電網(wǎng)的工業(yè)污染和工業(yè)設(shè)備的節(jié)能越來越重視。Goodrive800四象限變頻器以其綠色、環(huán)保、節(jié)能和完善的功能等諸多優(yōu)勢，將在鋁冶煉行業(yè)電磁攪拌設(shè)備上得到更加廣泛的應(yīng)用。

    關(guān)于英威騰：

    英威騰，成立于2002年，致力于成為全球領(lǐng)先、受人尊敬的電氣傳動、工業(yè)控制、新能源領(lǐng)域的產(chǎn)品與服務(wù)供應(yīng)商，2010年在深交所A股上市，股票代碼：002334。英威騰是國家火炬計劃重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)，目前擁有12家控股子公司，分駐于全國的九大研發(fā)中心，擁有各類專利410多件，主要產(chǎn)品涵括高、中、低壓變頻器、電梯智能整體機(jī)、伺服系統(tǒng)、PLC、HMI、電機(jī)和電主軸、SVG、UPS、光伏逆變器等。英威騰現(xiàn)有員工1600多人，大型生產(chǎn)基地4個，營銷網(wǎng)絡(luò)遍布國內(nèi)及海外60多個國家和地區(qū)。