摘要：作為一臺完全靠電磁力驅動并且與金屬溶液無接觸的金屬溶液攪拌設備，電磁攪拌機可提高合金的整體均勻度，縮短熔煉時間，減少燒損，提高產品質量。本文主要介紹了Goodrive800四象限變頻器應用在電磁攪拌設備上的優點。

關鍵詞：冶金，電磁攪拌，Goodrive800

前言

由于其具有各種優點，比如無接觸污染、均勻的溶液溫度、較短的熔煉時間、相同的化學成分、減少氧化渣、低燒損、高指數可控性和高電氣化水平，作為金屬冶煉過程中的關鍵設備，電磁攪拌機已廣泛應用于冶金行業。變頻電源是電磁攪拌機的重要組成部分，其特點決定了金屬冶煉的質量、節能效果、攪拌質量指數。一般來說，電磁攪拌機的傳統電源是AC-AC或兩象限AC-DC-AC，其中存在許多缺陷，比如功率因數低、諧波干擾大、電網能量回饋不可行、突然斷電時容易致使爆炸事故。而四象限變頻器可以科學配置，給電磁攪拌系統提供變頻電源，從而可避免傳統電源的諸多缺陷。

I.工作原理

感應電磁攪拌機主要由變頻電源和電感器組成。根據電磁感應原理，高強度的磁場作用于金屬溶液（導體），因此使得它有規律地移動。變頻電源改變50/60Hz交流工頻為可調輸出電壓0.5~5.0Hz 變頻分離低頻電源，當電源通過電感器時形成交替移動磁場，移動磁場通過穿透在爐底部的不銹鋼板對金屬溶液產生作用，在磁場的作用下，金屬溶液產生感應電動勢和感應電流，同時在磁場的交互作用下，感應電流產生電磁力，從而使金屬溶液有規律地移動，達到溶液攪拌的目的。改變移動磁場的方向和強度能有效地控制金屬液的攪拌方向和強度。電磁攪拌示意圖如圖（1）所示。

              

圖（1）電磁攪拌示意圖

II.變頻電源的技術要求

•變頻分離控制

•上位機觸摸屏和MODBUS之間的通信

•電壓等級：AC 380V

•功率因數≥0.96，滿負荷在0.98以上

•AC-DC-AC四象限變頻器

•允許三相輸出電流不平衡度≥15％

•可調頻率0.5Hz-5HZ，正常運行頻率0.5Hz-1Hz

•頻率調整分辨率0.1Hz（至少），0.05Hz（最佳）

•可設定運行時間

•倒計時停止設置

•低頻大電感器件

•需要考慮緊急停止時負載電感的能量釋放

III.變頻電源的選擇和配置

名稱	型號	額定電壓	額定功率	數量	備注
LCL過濾器	GD800-01-0090-4	AC380V	90kW	1
整流模塊	GD800-51-0090-4	AC380V	90kW	1
逆變器模塊	GD800-51-0200-4	AC380V	200kW	1
輸出反應器	ACL2-160-4	AC380V		1
制動單元	DBU100H-320-4	DC560V		1
制動電阻	520W 10Ω±5%			4
Profibus-DP通訊卡	EC-TX103			1

 

IV.接線圖

圖（2） 四象限變頻器主電路接線圖

V. Goodrive800四象限變頻器應用在電磁攪拌設備上的優點

變頻電源Goodrive800四象限變頻器是一款專為高端市場而研發的高性能變頻器。其電流額定值是根據在高負載情況而設計的，因此它適用于高過載容量、高可靠性和連續運行的環境。

通過采用國際流行的模塊化設計，Goodrive800四象限變頻器可以提供整流單元、逆變單元和濾波器單元或一整套設備，以滿足OEM和集成系統用戶和客戶的要求。其技術特點如下：

◆整流采用IGBT有功部分，PWM調制可以把再生能量轉換為電力，然后反饋給電網，功率因數可以達到0.98以上，因此，可以實現最大化節能；

◆母線電壓和輸出電壓連續、可控、穩定（電網側電壓波動影響較少），解決了因AC-AC變頻器或普通二象限變頻器的大電壓波動而對金屬冶煉產生的影響；

◆提供變頻控制、開環矢量控制和閉環矢量控制，支持變頻分離，解決了電磁攪拌機在特殊負載情況下正常工作時，安全停機的自動保護問題；

◆采用模塊化結構設計，便于組裝和現場維護；各單元的接線均為頂入底出，滿足了公共直流母線方案。

◆各單元之間采用光纖通信，以實現主控板和單元控制之間光電隔離，在長距離傳輸的特殊要求下，確保系統的可靠性；

◆支持多種通訊協議包括Modbus、Profibus、CAN、以太網和DeviceNet，適用于各類工業領域的應用；

◆提供完善的變頻保護功能。除了傳統的保護功能，比如過流保護、過壓保護、過溫保護，還關注電機側的保護，通過溫度檢測端，實時檢測電機的運行溫度，以提供有效的過溫保護；

◆標準STO（安全關斷），SS1（安全停止1），SLS（安全限速），SBC（安全制動控制）保護最大化地確保系統的安全性和可靠性；

◆EMC性能滿足C3要求。

VI.現場調試和參數設置

Goodrive800四象限變頻器整流單元的參數設置：

功能碼	名稱	設置值	說明
P00.00	工作模式	0	整流模式
P00.03	運行模式	0	Cosφ模式
P00.05	DC母線電壓	670	制動單元滯后曲線的下限是680V，適當降低DC母線電壓參照值
P00.07	載頻	3.0	默認設置
P00.08	PWM控制	1	三相調制

Goodrive800四象限變頻器逆變單元的參數設置：

功能碼	名稱	設置值	說明
P00.00	速度控制模式	2	變頻控制
P00.03	最大輸出頻率	10Hz
P00.04	運行頻率上限	2Hz
P00.11	ACC時間1	40s
P00.12	DEC time 1 DEC時間1	40s
P04.00	變頻曲線設置	5	變頻曲線隔離
P04.09	電機轉差率補償增益	0%
P04.10	低頻振動控制系數	0
P04.11	高頻振動控制系數	0
P04.27	電壓設置	6	PID額定電壓
P04.29	增壓時間	5s
P04.30	減壓時間	1s
P09.00	PID參考源	0	鍵盤數字參考
P09.02	PID反饋源	9	輸出電流為PID反饋源
P09.04	比例增益	0.6
P09.05	整體時間	0.12
P11.05	電流限制作用	0	無效電流限制

由于變頻電源的負荷為較大電感（約25mH），會存在因大電感的能量釋放而引起的沖擊。行業應用中的技術難點是：1.在0.8~2Hz運行頻率，350A工作電流和45°C環境溫度的情況下，保持長時間穩定運行；2.滑行停車時，可以成功釋放大電感能量，對電網無任何沖擊，也不會引起故障報警；3.在電網異常關閉情況下，確保大電感能量可以成功釋放；4.在額定負載（320A）的情況下，反饋到電網的功率因數應不低于96％。

為了保證在滑行停車或電網異常關閉的情況下，能夠成功釋放大電感能量，在變頻電源的DC母線上增加制動單元和制動電阻，以便及時釋放再生能量。最后，進行負載測試，在額定負載下，能量回饋功率因數達0.98以上。至此，調試圓滿成功，受到客戶高度贊揚。

                

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

VII.結論

隨著經濟的快速發展，中國更加重視工業污染和工業設備的節能。由于其各種優點，如綠色、環保、節能以及功能完善，Goodrive800四象限變頻器將被廣泛應用于冶金行業的電磁攪拌設備上。

[1] 深圳市英威騰電氣股份有限公司《GD800系列變頻速度控制系統操作說明書》