过去，炼铁高炉卷扬机的调速系统大多采用绕线异步电机串电阻或者串级等调速控制方式，通过这种方式对转子的转速进行控制时，不仅稳定性差，而且故障率也显著提升。尤其在改变电机转速时，效果并不理想，这不仅消耗了大量的电力能源，同时也严重损害了企业的经济效益。为了切实解决这一问题，技术人员需要对卷扬机变频调速系统的结构功能进行改造和完善，以此来增强系统的运行稳定性与可靠性，进而最大限度的降低能源消耗量。
1. 1080m3炼铁高炉卷扬机系统概述
某钢铁公司一座1080m3的炼铁高炉，卷扬上料系统主要包括斜桥、料车、卷扬机。料车的上行轨道主要划分为料坑段、中间行进段、卸料段三个区段，料车在运行过程中，各项运行指标平稳，钢绳张力始终保持在正常范围内。该上料系统中的两台料车均由一台卷扬机牵引，在向高炉炉顶供料过程中，两台料车交替上料，满载料车上行至炉顶以后，空载料车将向炉底做下行运动，这种上下料车交替的运行状态没有间隔时间，以至于不会出现空行程现象。但是，在上料与卸料时，卷扬机的电机始终处于负载状态，这就给电机运行速度的调节工作增加了难度，为此，亟需对卷扬机的变频调速系统进行改造升级。
2 变频调速技术基本原理
所谓变频调速即是通过改变电动机定子电源频率的方法，来改变转子的运转速度。其中，电动机转速的计算公式如下：
n=n0(1-s) （1）
在上述计算式中，n代表电动机转速，n0代表电动机的同步转速，s代表电动机的转差率。
决定同步转速的频率计算式如下：
n0=60f/p （2）
在上述计算式中，f代表输入频率，p代表电动机的磁极对数。由计算公式（1）和（2）可知变频调速技术的基本原理是：电动机转速与工作电源输入频率之间成正比关系，即：
n=60f(1-s)/p （3）
从上面的计算式中可以看出，如果电机磁极对数保持不变，那么在改变工作电源频率的情况下，电机转速也随之发生改变，因此，异步电机的转差率可以利用s=(n1-n)/n1来表示。通过对变频调速技术基本原理的分析可以得出以下结论：在转子电流一定的情况下，如果电磁转矩小，电机负载量将大幅下降，如果励磁电流过大，则极易烧损电机[1]。
3 炼铁高炉卷扬机变频调速系统的改造升级方案
3.1 总体思路
该1080m3炼铁高炉的卷扬上料系统主要由一台电机与串电组继电器控制回路构成，出于对降低能耗，提高炉顶上料率的考虑，此次改造的总体思路是利用新型的交流变频调速系统来替换原有的电动机转子回路串电阻的调速系统。而原继电器则由PLC可编程逻辑控制器所取代，进而使系统内部的电路能够得到有效控制。系统改造升级以后，PLC将容纳电机正转、反转、调速过程中产生的控制信号，在经过PLC的逻辑运算处理后，向主系统直接发出开启、停止、调速等信号，这就给卷扬上料系统的正常工作提供了强大的技术支持和保障。
3.2 优选电机与变频器
该1080m3炼铁高炉的卷扬上料系统采用JZR2-72-10，功率为100KW的电机，如果改变电机的型号，将给钢铁企业增加额外的经济负担，因此，出于对经济性的考虑，此次改造的焦点将围绕电机转子线的连接方式展开，而电机型号保持不变，依然为JZR2-72-10。在选择变频器时，应当注意识别和判断变频器的容量与型号。首先，炼铁高炉的卷扬上料系统具有恒转矩特性，在确定变频器容量时，应当结合运转状态下的最大工作电流，然后根据电机的额定电流来选择适合的变频器型号。需要注意的是，变频器容量的选择不能完全参照变频器的说明书，配置的电动机容量应当超过说明书规定容量的一档或者二档，同时，应当兼顾考虑电动机是否具有无反馈矢量控制功能以及恒定转短，这样才能确保调速过程中将始终在电动机允许的调速范围之内。为了满足以上条件以及负载特性，针对该炼铁高炉的卷扬机上料系统，选用VS-616G5系列变频器，这种类型的变频器具有全磁通矢量控制功能，即便在工作频率较低的情况下，也会给电动机提供150%的额定转矩，这样能够使电机的运转始终保持正常状态，进而有效避免了料车溜车等安全事故的发生。
3.3 液压制动与手动制动相结合
在料车上料过程中，极易出现溜车或者脱轨事故，进而给现场作业人员的生命安全构成直接威胁，为了避免这一事故的发生，该炼铁高炉卷扬上料系统应当采取液压制动与手动制动的“双保险”制动相结合的方式。这种制动方式的工作原理是在变频调速系统的作用下，将电能消耗的方式转变为热能消耗方式，并通过加装直流制动器使电机能够在短时间内完成减速动作与启动抱闸动作。排除溜车故障以后，变频器将接收正转或者反转指令，这时，抱闸动作在0.5s后自动解除，料车将处于平稳的上行状态。料车在爬坡上行过程中，如果PLC系统检测到终点信号，系统将快速作出响应，并同步发出停车指令，在这种情况下，变频器封锁输出执行停止动作。由此可以看出，采取这种安全的制动措施，能够最大限度的降低溜车等安全事故的发生概率[2]。
3.4 变频调速系统改造升级
料车在上行与下行时，其运动状态主要包括六种形式，即起动状态、加速状态、正常稳定运行状态、减速状态、倾翻状态以及制动状态。整个运行过程多使用三档的档位对运行速度予以控制。在卷扬机的变频调速装置改造升级以后，料车的运行过程增加了两个运转方向与两级加减速度，其调速功能完全由作业现场的主控制器与PLC协同实现。根据主控制器发出的信号指令，可以精准的确定卷扬料车的实际运行方向以及停车位置，而料车的运行、加减速信号在经过PLC处理后，直接传输到变频器的控制端子，当控制端子接收到这些信号指令后，系统可以对变频器的各项运行参数进行调整和控制。同时，经过改造以后的变频装置，发生过电流、过电压的概率也明显下降，无形当中延长了卷扬上料系统的使用寿命。
3.4.1 操作方式的改变
在对炼铁高炉卷扬机变频调速系统进行改造升级以后，系统的操作控制方式发生了根本性转变，系统当中融入了手动与自动相结合的操作理念，使得卷扬上料系统的运行状态更加平稳。其中，自动操作方式的核心单元是PLC总控系统，在料车上行或者下行过程中，PLC总控系统可以对上料与下料过程进行自动控制。而手动操作方式则是在设备运转前期，专门用于调试设备的各项状态参数。或者在卷扬机出现运行故障时，技术人员可以通过手动操作模式对故障进行检查和排除，以确保卷扬上料系统能够安全稳定运行。
3.4.2 故障检测与诊断功能进一步完善
炼铁高炉的卷扬上料系统在炼铁生产当中扮演着重要角色，一旦控制系统出现问题，将埋下重大的安全风险隐患，因此，为了杜绝各类安全事故的发生，卷扬机应当具备强大的故障检测与诊断功能。因此，在对卷扬机变频调速系统进行改造时，将超速、过流、过载、松绳等动作的开关量统一串联至一个零压保护回路当中，如果零压回路处于闭合状态，则说明卷扬机工作正常。如果零压回路断开，则说明卷扬机运行状态出现问题，这时卷扬电机将直接抱闸，料车也将快速制动。
结束语：
通过对炼铁高炉卷扬机变频调速系统的改造升级，卷扬上料系统的运行平稳性得到进一步改善，并且上料与下料速度也逐渐加快，这不仅促进了炼铁生产效率的提升，同时，也给钢铁企业节省了大量的电力能源。因此，在炼铁生产当中，广大技术人员应当随时对卷扬机变频调速系统的各项功能参数进行检查和分析，然后根据分析结果，来制定一套针对性强、可行性高的系统改造方案，以实现增产、增效、增收的既定指标。
参考文献：
[1]陈丽松,赵恵玲.高炉卷扬机使用与维护[J].冶金设备,2018(03):72-76.
[2]刘静忠.高炉卷扬机的变频调速[J].电工技术,2021(04):87-88.
