摘要：作为一台完全靠电磁力驱动并且与金属溶液无接触的金属溶液搅拌设备，电磁搅拌机可提高合金的整体均匀度，缩短熔炼时间，减少烧损，提高产品质量。本文主要介绍了Goodrive800四象限变频器应用在电磁搅拌设备上的优点。
关键词：冶金，电磁搅拌，Goodrive800
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，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，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≥0.96，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
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名称
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型号
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额定电压
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额定功率
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数量
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备注
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LCL过滤器
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GD800-01-0090-4
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AC380V
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90kW
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1
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整流模块
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GD800-51-0090-4
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AC380V
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90kW
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1
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逆变器模块
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GD800-51-0200-4
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AC380V
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200kW
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1
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输出反应器
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ACL2-160-4
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AC380V
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1
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制动单元
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DBU100H-320-4
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DC560V
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1
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制动电阻
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520W 10Ω±5%
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4
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Profibus-DP通讯卡
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EC-TX103
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1
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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，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：
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功能码
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名称
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设置值
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说明
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P00.00
|
工作模式
|
0
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整流模式
|
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P00.03
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运行模式
|
0
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Cosφ模式
|
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P00.05
|
DC母线电压
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670
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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
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P00.07
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载频
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3.0
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默认设置
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P00.08
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PWM控制
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1
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三相调制
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Goodrive800四象限变频器逆变单元的参数设置：
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功能码
|
名称
|
设置值
|
说明
|
|
P00.00
|
速度控制模式
|
2
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变频控制
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P00.03
|
最大输出频率
|
10Hz
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P00.04
|
运行频率上限
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2Hz
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P00.11
|
ACC时间1
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40s
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P00.12
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DEC time 1
DEC时间1
|
40s
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P04.00
|
变频曲线设置
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5
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变频曲线隔离
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P04.09
|
电机转差率补偿增益
|
0%
|
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P04.10
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低频振动控制系数
|
0
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P04.11
|
高频振动控制系数
|
0
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P04.27
|
电压设置
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6
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PID额定电压
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P04.29
|
增压时间
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5s
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P04.30
|
减压时间
|
1s
|
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|
P09.00
|
PID参考源
|
0
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键盘数字参考
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P09.02
|
PID反馈源
|
9
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输出电流为PID反馈源
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|
P09.04
|
比例增益
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0.6
|
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P09.05
|
整体时间
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0.12
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P11.05
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电流限制作用
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0
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无效电流限制
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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，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）Goodrive800四象限变频器 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》
