一、 转炉原直流拖动系统简介
1986年建成投产的3座转炉，炉子倾动和氧枪升降的拖动系统采用的是模拟量恒磁通逻辑无环流直流拖动系统，恒磁通调压调节器速，该系统具有两个闭环、一个速度环、一个电流环，每座转炉倾动由两台55kW、650r/min直流电动机集中传动，每座转炉有两根氧枪，每根氧枪由一台22kW、650r/min直流电机单独传动。由于80年代初期我国电控配套水平所限（尽管该直流系统当时是国内较先进的拖动系统），该系统十分庞大。每座转炉的电控柜达14台之多，继电器、接触器多达160个。因插件为分立元件，且系统是模拟控制方式，因此调试周期能够很长（达3个月）。由于原系统存在先天性的不足，所以运行一段时间后热停工时间增加，维护难度越来越大。尤其是继电联锁部分和插件部分故障率相当高，不但维护费用高（达0.45元/吨钢），而且严重制约着生产的正常运行。
二、转炉倾动负载和氧枪升降负载特性及电动机运转状态分析
1.氧枪负载特性及电动机运转状态分析
（1）氧枪负载是典型的位能负载。
（2）氧枪电动机运转状态分析。
氧枪提升时，电动机制电磁转矩要克服负载转矩，即电动机制电磁转矩M的方向与旋转的方向相同，故电动机处于电动运行状态，工作于第一象限。氧枪下降时，由于氧枪属重载，在该重载的作用下，电动机转速要高于电机的同步转速，而电机的电磁转矩方向与旋转方向相反，因此电动机处于回馈制动状态工作于第四象限。
2、转炉倾动负载特性及电动机运转状态分析
（1）转炉倾动方式为全悬挂两点啮合柔性传动，原设计最大倾动力矩为85rfm，倾动速度为0.1~1r/min，倾动角度为正反360°，减速比为1：802.3。
据工艺要求，转炉的倾动角度为正反360°。转炉炉口和炉底方向轴线与地平面垂直时为零位状态。故炉子倾动负载力矩为角度的函数Mfz=f(θ)，属于反阴性的位能负载。
（2）另外，据工艺设计说明，该转炉按正力矩设计，却炉子耳轴下部比上部高，下部比上部重。从而确保转炉电控系统失灵或抱闸力不够时，能靠炉体自身的正力矩来确保炉口向上，这样不至于发生倒钢等事故。但当为修炉拆除炉底后能入炉口粘钢渣太多（达到或超过8吨）时，炉体可能出现上部较下部重，由于液体钢水重心随转炉倾角的变化而变化，这样在修炉和出渣或出钢时，可能出现负力矩。当炉体处于正力矩状态时，电动机处于电动运行状态，当炉体处于负力矩状态时，电动机处于回馈制动状态的机械特性和负载特性。
三、变频调速的用于转炉倾动和氧枪升降负载的可行性分析
1.变频调速的机械特性
由于转炉倾动和氧枪升降属重起动或满载起动负载，故要求电动机在起动时要有足够大的起动转矩和足够大的过载能力。通过以上分析可知，采用变频调速时，要选用低速扭矩大、过载能力强的变频器，才可以满足重载起动负载要求。另外由于氧枪和转炉倾动均能负载，故有发电制动工作状态。而变频器可通过另加一“能量回馈单元” 提供这种“回馈”通路或加一“能耗制动单元+制动电阻”消耗掉这种能量。
从现有的应用实例可看出，变频调速可得几乎与直流电机调速相同“硬度”的机械特性。因而可以说，这种变频调速传动系统完全具备了用于转炉倾动和氧枪升降这种位能负载上的可能性。
四、庚钢20吨转炉倾动和氧枪升降应用变频调速技术情况介绍
1.电动机的选择
（1）工艺要求。
转炉最大倾动力矩：Mmax =85tf·m
转炉倾动速度：0.1~1r/min
减速比：1：802.3
氧枪重量：W=4.8t (有一动滑轮)
卷扬速度：高速40m/min；低速3.5m/min
卷筒直径：D=500mm
减速比：1：19.24
（2）电动机的选用。
转炉倾动原来采用两台55kW，ne=650r/min直流电机传动，考虑到原设备两点啮合，故仍选用两台交流电动机集中传动。每座转炉有两根氧枪（分为左右枪），原来各由一台22kW，ne=650r/min直流电动机单独传动，此次仍保留单独传动方式，即两台交流电动机分别驱动左右氧枪。
主电动机均选用YZ225M1 8型，AC380V、730r/min。每座转炉各用六台，其中倾动用两台55KW电机，氧枪用两台22KW电机。由于YZ系列电机短期采购有困难，故先采用Y225M 8同容量电机（尽管过载能力小些）。
1）电动机转矩计算。
额定转矩：Me=9550Pe/ ne=9550*22/730=287.38(N·m)=29.37(kgf·m)
最大转矩：Mmax/ Me=2.0(Y225M-8 电机)
Mmax =2 Me=2*29.37=58.74(kgf·m)
（a）由于转炉倾动用四台电机，故合转矩为
2 Me=2*58.74=117.4694(kgf·m)
传递到炉子轴上的额定转矩为
17.4694*802.3=94246.362(kgf·m)＞85 tf·m
即电机额定转矩大于转矩最大倾动力矩。
若考虑电动机的过载能力，
对Y系列电机：入= Mmax/ Me≈2.0，则最大转矩为2*94.25=188.5 tf·m
对YZ系列电机：入= Mmax/ Me=(2.2~2.8),则最大转矩将更大。
（b）氧枪电机传递到卷筒上的额定转矩为
29.37*19.24=0.565( tf·m)
略小于氧枪负载转矩0.6t·m，但考虑到电动机的最大转矩为
2*29.37*19.24=1.13 tf·m
远大于氧枪负载0.6t·m，故仍采用22kW电机试验。
2)极数选择。
由于原直流机的ne=650r/min，故选用8极交流电机，尽管额定转速稍高一些（730r/min）。但若选用10极电机，其同步转速仅为600r/min，要提高转速必须提高频率（50Hz以上），这样，特性将会变为恒功率，这不适用于此种负载。
（3）变频器的选用。
对于炉子倾动这种负载，变频器选用的最重要原则之一是：所选变频器必须具有在满载或过载时输出转矩恒定的功能，也就是要用具有转矩限定的无跳闸变频器。另外要具有再生发电制动功能。还要注意到普通电机长期工作于低频状态时电机发热现象（因低频时电机风扇通风能力降低所致）。基于上述考虑，我们选用了SAP500G型变频器。炉子倾动电机总容量为2*55=110kW，故选用两台SAP500G075T3AA变频器。另配制动单元和制动电阻以及继电单元。
氧枪升降电机容量为22kW,故选用两台SAP500J030T3AA变频器。另配制能量回馈单元。
SAP500系列变频器，采用磁通电流矢量控制技术，将输出到电机的电流解调为励磁电流和扭矩电流，并通过调节电压和频率使生成的扭矩电流与负载扭矩相匹配，从而提高了变频器低速扭矩及调整精度：在1HZ条件下，输出扭矩可提高至150%，6HZ时可达到200%的额定扭矩。具有过压、过流、过热、欠压等完善的保护功能减少了设备的维修量；尤其是SAP500G系列变频器的过电压、过电流失速禁止功能,可使变频器在加速、减速过程中发生过电压或过电流时的频率维持，至解除过压、过流时自动再进行加、减速；此外变频器的载波频率自动调整功能，确保波形效率始终处于最佳状态，使变频器谐波分量降至最低，使设备运行更稳定。
（4）控制系统的改造
转炉倾动仍采用三地可选操作（操作室、炉前、炉后），以满足工艺要求，操作系统仍采用原来的，从而可不改变原来的操作习惯；仅用PLC代替原有的控制系统。
图1为改造后的系统构成框图：
图2为改造后的主回路图：
6、 图3为变频器接线图：
（5）变频器的外围配置
（1）交流输入电抗器（ALC）可抑制输入电流中的高次谐波，明显改善电源侧功率因数。
（2）无线电噪声滤波器用于抑制变频器中产生的电磁干扰噪声，对外所产生的辐射干扰，也可以减少浪涌、瞬时冲击对本机的干扰。
（3）直流电抗器可防止变频器在换流过程中的高次谐波反馈到电网中去。
（4）回生制动单元主要用于吸收变频器中拖动的电机在制动时回馈至变频器直流母线上的能量，以防止变频器过压停机保护和帮助电动机的快速制动。
五、改造后情况：
造后的转炉倾动和氧枪提升启动平稳、转矩大、加减速平滑、停止位置准确，运行至今热停机时间明显降低，不仅节省了电费而且大大降低了设备维护费用。
六、在庚钢20吨转炉倾动和氧枪升降上应用变频器的实践表明：
（1）具有最大转矩限定的无跳闸变频调速装置完全适用于转炉倾动和氧枪升降这样的位能负载，且适用于冲击性负载。
（2）交流变频调速具有可与直流调速系统相媲美的调速特性，尽管我们所使用的SAP500G交流调速装置是开环控制，但它的功能相当于原来的双闭环直流系统。
（3）由于计算机的应用和大量应用软件的开发，以及电力电子器件的发展，使变频体积很少。因此目前的1面柜相当于原来直流系统14面柜的功能，从而使施工量大大减小，占地面积大大减小。
（4）调试周期大大缩短，每个系统仅需两个小时即可，而原来系统的调试，约需两三个月。
（5）由于元器件大大减小，故障率将大大降低。预计热停工时间将减小50%以上。相应的维护费用亦将有较大降低（原来每年维护费用约为18万元）。 （6）我们使用的SAP500G型变频器保护功能十分灵敏可靠。而且在某
种意义上具有允许“误操作”功能。比如，若将主令开关从零位迅速推到正大给定位置（或负最大给定）或从正最大给定位置迅速推到负最大给定位置，若你的加/减速的速度比设定的快，变频器将不跟随你的命令，而是按照现场调试时已设定好的加/减速曲线自动进行加/减速。若速度比设定的慢，变频器将执行你的命令。这就是允许“误操作”的含义。
七、结束语
转炉倾动和氧枪提升采用赛普 SAP500系列变频器调速控制是一种操作简单、可靠性高、高效、节能、保护功能齐全，便于自动控制的最佳方案，完全可以替代传统的控制模式。