1 引言
随着交流变频控制技术的不断发展，交流传动系统得到了广泛应用，并逐步取代直流传动系统。特别是在120t转炉倾动装置传动系统中，该级别转炉的倾动装置，国内外一直采用直流电动机传动控制系统。济钢120t转炉倾动装置首次采用交流变频传动系统并取得成功。为120t及以上级别转炉倾动传动交流化提供了宝贵经验。为提高炼钢自动化水平,降低生产维护成本奠定了基础。
2 转炉倾动工艺设备概况
2.1 工艺设备结构
济钢120t转炉炉壳为全焊接式固定炉底结构，转炉托圈为焊接箱形结构,其内通循环水冷却，转炉炉壳与托圈的连接,采用三点支承方式，此结构既能有效地在0°～360°范围内支承炉壳又可适应炉壳的热膨胀。倾动装置采用全悬挂扭力杆平衡型式。由以下几部分组成:驱动电动机、一次减速机、二次减速机、扭力杆平衡装置和润滑装置等。扭力杆平衡装置是平衡转炉倾动时引起悬挂减速机(二次减速机)壳体旋转的旋转力矩平衡装置，通过扭力杆扭转来吸收扭矩并将扭矩转化为垂直的拉力和压力，通过扭力杆轴的固定轴承座和浮动轴承座传递到基础上,由于拉力和压力使扭力杆形成相反的扭矩,从而导致产生了吸收倾动力矩的效果。
转炉倾动采用全正力矩方式,即转炉倾动到任一角度时都保证是正力矩，确保转炉在360°回转过程中都是正力矩,事故断电时,转炉能够以自身重力自动返回垂直位置,从而排除翻炉泼钢事故的发生。转炉倾动驱动系统主要工艺设备参数:
转炉容量:125t, 最大:135t;
最大倾动力矩:260t·m;
转炉折算到电动机轴上的最大转动惯量:657kg·m2;
机械齿轮速比:551;
额定转矩:1700n·m;
最大力矩倍数:mcr/me= 2.9;
倾动速度:0.13～1.3 r/min
倾动角度:0～360°
加速时间:4s
变频电动机:4台 132kw yzp355s-8 ac 380v 735r/min
电动机冷却方式:强迫风冷
倾动电动机附编码器:1024p/r dc24v
倾动位置接近开关:4个
倾动装置制动器:ytd-2000/60
制动器电动机:4台0.55kw ac380v
转炉托圈耳轴端部编码器:3600p/r dc24v
2.2 工艺控制要求
120t转炉倾动机械设备采用4台交流变频电动机驱动，4台电动机采用四点啮合全悬挂形式，通过扭力杆装置进行力矩平衡。
转炉倾动控制系统的基本要求为:
（1）4台电动机同步启动、制动及同步运行,根据要求转炉可以在0.13～1.3r/min之间进行倾动速度调节,转炉可以做±360°旋转。转炉倾动时4台电动机负载应相同;
（2）当一台电动机发生故障,而转炉正处于吹炼状态,则剩余3台电动机降速运行,维持该炉钢炼完,此时转炉速度控制在0.14～0.8r/min;
（3）当转炉正在出钢、出渣时,交流电源系统发生停电故障,此时利用ups电源将4台制动器打开,转炉依靠自重复位,转炉处于安全位置;
（4）当转炉出现塌炉等事故时,倾动机械的机电设备能短时过载,转炉以0.13r/min速度旋转,倾动转炉倒出炉内盛物,然后进行事故处理;
（5）转炉为全正力矩设计,即在整个工作倾动角度内由0°～±180°方向倾动均为正力矩;
（6）电力系统应能记忆炼上一炉钢时,转炉转动0～180°的电动机参数,如电压、电流、转矩等。本炉次转炉冶炼时,应将电动机当前参数与上一炉钢转炉转动时的电动机参数进行对比,如果误差超过10%则报警,操作工人应立即检查设备是否故障;
（7）为防止电动机突然启动对设备的冲击,转炉开始倾动时电动机转速应从零开始逐渐加速,从零到正常速度的加速时间是4s;
（8）由于制动器制动力矩较大,为了防止制动时对设备的冲击,转炉制动时应先通过能耗制动将电动机减速,当转炉倾动速度接近零时,制动器失电制动,制动时间为4s;
（9）在现场操作台和crt上设置故障报警灯,显示转炉稀油润滑系统是否正常,稀油站的故障信号包括油位低、油压低及油温高,三种故障信号合成一个“给油异常”信号,当此信号灯亮时,操作工人应立即检查及排除稀油站故障;
（10）转炉在零位时如果电动机的驱动力矩大于700nm,则报警,操作工人应及时检查制动器是否出现故障;
（11）如果电动机最大驱动力矩大于1800nm，10s以上则报警,此时表示电动机超负荷工作,检查机械系统,有故障立即排除;
（12）转炉正常操作时,电动机驱动力矩不得大于2290nm;
（13）转炉倾动时必需选择3台以上电动机工作才能操作,如果选择2台及以下时则报警。
转炉冶炼工艺过程转动角度及速度控制范围要求见表1。
表1 转动角度及速度控制范围
3 电气传动控制系统方案
3.1 交、直流电动机传动控制方案的技术性能比较
120t转炉倾动装置驱动电动机，国内外以往一直采用直流电动机，随着交流变频控制技术的发展，交流传动系统得到了广泛应用，并逐步取代直流传动控制系统。在济钢120t转炉倾动系统设计阶段，我们对两种方案进行了详细的技术调查及性能比较。
（1）交、直流电动机传动控制方案的技术性能比较
技术性能比较见表2。
表2 交、直流电动机传动控制方案的技术性能比较表
（2）交、直流电动机机械特性比较机机械特性比较见图1。
图1 交、直流电动机机械特性n-m曲线
3.2 电动机及变频装置的选择
通过以上技术性能和电动机机械特性比较,采用交流电动机传动，电动机及变频装置的选择应注意以下两点：
（1）交流电动机
·电动机功率应足够大，pe-ac≥1.2pe-dc;
pe-ac:交流电动机额定功率
pe-dc:直流电动机额定功率
·电动机过力矩能力应足够大；
mmax=0.75mcr≥1.2mjmax;
应选择mcr=(2.8～3.0)mn的电动机，以避开图1所示的转速颠覆区;
·电动机型式:变频，带强迫冷却风机。
（2）变频传动装置
·应采用矢量变换控制型;
·变频传动装置应具有电动机“励磁预置”特殊功能;
·变频传动装置应具有足够大的过载能力，满足ivfmax≥2ide/1min;
·变频传动装置制动方式:为适应转炉工作区间内力矩波动大的状况，实现均匀加减速，克服机械设备的扭力振动，提高转炉停车的稳定性，为保证系统可靠、稳定运行，采用传统的能耗制动方式。
3.3 交流电动机的力矩校验
（1）济钢120t转炉倾动装置驱动电动机技术数据如下:
电动机型号:yzp355s-8;
电动机功率:132kw;
额定转速:735r/min;
额定电压/电流:380v/270a;
额定转矩:1700nm;
最大力矩倍数:mcr/me=3.0;
冷却方式:强迫风冷。
（2）力矩校验的基本计算
电动机额定转矩:me=1700nm
·折算到电机轴的静阻负载转矩:
式中:tm:机械轴上的静阻转矩nm;
i:传动比; η:传动效率
单电机轴上负载力矩:
4台工作:mi4＝
＝5026/4＝1256.5(nm)
3台工作:mi3=5026/3=1675(nm)
·折算到电机轴上总加速力矩:
单电机轴上加速力矩:
4台工作: mj4=3155/4=789(nm)
3台工作: mi3=3155/3=1052(nm)
（3）校验计算结果
校验计算结果如表3。
表3 校验计算结果
注:表中的计算是以电动机的额定力矩me＝1700nm为基准。该型号电动机的正常过载能力为200%me，60s;非常过载能力为220%me，15s。表3中最大动态力矩系数1.1,是考虑到电动机负载的不平衡性而确定的。塌炉力矩系数2.5,是根据工艺给出的估算值。
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