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普传科技电磁搅拌器专用电源及控制系统在钢铁行业的应用

2011年4月18日

    【前言】
    电磁搅拌器被广泛地用于冶金连铸中，经过国内外大量的实验与工业生产通过使用电磁搅拌所达到的主要改进在于：提高铸坯质量、产量和降低成本，扩大连铸钢种，改善工艺条件。降低夹渣含量，减少中心缩孔、消除宏观偏析、增加等轴晶比率、改善凝固组织等。
    电磁搅拌技术已广泛用于各大钢厂连铸外和特殊钢、铝、铅等有色金属等的熔炼过程。普传科技敏锐捕捉市场信息，开发了专用的PI7900系列电磁搅拌专用电源及控制系统，攻克了其技术上的难关，产品性能达到或超过了国外同类产品，在钢铁、铝业等已有大量成功应用案例。

    一、电磁搅拌器原理及系统构成
    1、基本原理
    电磁搅拌器（Electromagnetic stirring: 简称ＥＭＳ）的实质是借助在铸坯液中感生的电磁力来强化钢水（铝水）等金属液的运动。在金属液附近施加电磁搅拌器以后，电磁搅拌器产生的低频交变电磁场穿透金属液，与金属液间产生相对运动，使得金属液内的磁通量发生变化，相当于磁场以一定的速度切割金属液，使其内部产生感应电流。这种感应电流又与感应器产生的磁场相互作用产生电磁力，作用于金属液的每个体积元上，从而驱动金属液的运动。

    通过改变低频电源输出电流的大小，来控制电磁搅拌器产生的磁场强度，从而控制电磁搅拌的强度。通过选择电源频率、电磁搅拌器型式、施加位置和组合形式等来满足不同浇铸工艺不同合金种类的要求。




    2、电磁搅拌器的安装位置和搅拌器模式
    根据电磁搅拌器在铸机冶金长度上的不同安装位置大致有以下几种模式：结晶器电磁搅拌MEMS 、二冷区电磁搅拌SEMS和凝固末端电磁搅拌FEMS。合理的安装位置对取得良好的冶金效果是极其重要的！




    不同位置的电磁搅拌具有不同的冶金效果，具体见表



    3、连铸成套电磁搅拌装置构成
    包括感应器、变频电源、控制设备以及冷却水处理系统。电磁搅拌成套装置有炉底平板式和炉墙平卧式两种。
    1）感应器：相当于正常电机的定子，主要是感应线圈。
    2）低频电源：主要是指一个特殊的专用电源。通常电磁搅拌装置用在2Hz—20Hz之间。先根据熔融金属的种类、铸坯的大小，固定某一个频率，比如3Hz,此时，频率不变，通过调整感应器的磁场，来调整熔融金属的旋转速度。这个磁场取决于通入感应器的电流的大小，而这个电流的大小取决于低频电源输出电压的大小。也就是说，低频电源的输出频率和输出电压要分别可调。
    3）控制设备：在整体控制上采用工业计算机，功能强大、通用性好，它不仅具有PLC逻辑控制功能，更具有数据处理功能，实现系统控制、图形、文字、工况显示和故障报警。
    4）冷却系统：分为直接浸水冷却和空心铜管冷却。

    二、普传科技PI7900系列电磁搅拌器专用电源及控制系统
    1、概况：
    普传科技基于PI7000系列变频器产品战略推了PI7900系列电磁搅拌器专用电源及控制系统。控制系统具有强大的通讯功能，很好地与其他电控系统配合，功率因数高，可靠性好，满足现场控制要求。

    2、产品技术水平及主要特点
    （一）权威检验，国家标准：
    产品通过“国家电控配电设备质量监督检验中心”检验符合国家标准和省级的科技成果鉴定。专家鉴定意见是“该产品技术先进，填补国内空白，性能指标达到国际先进水平”
    （二）技术先进可靠性高
    PI7900系列电磁搅拌器专用电源采用德州仪器公司专用数字信号处理器（DSP）为核心的控制单元，应用了优化的空间矢量控制技术、先进的散热技术等，实现了搅拌器电源的高精度闭环控制，保证电流和频率的高稳定度和高精度。这些特点和功能在很多方面已优于国外引进的同类产品。
    电源具有闭环自调节功能，具有连续搅拌、正反交替搅拌等工作方式；
    输出频率与输出电流可单独设置和调节，互不干扰。电流具有闭环自调节功能，实现了搅拌器电流的高精度闭环控制，保证了电流和频率的高稳定度和高精度（电流不稳定度小于1.5%，频率误差小于0.05Hz）
    全新的SPWM调制系统。载波频率高（可达20kHz），输出波形好，效率高，功率因数≥0.95；，动态响应快，灵敏度高。
    采用标准GGD柜，先进的低频电源制造工艺。本着安全、经济、合理、可靠的原则而设计。
    （三）控制灵活功能强大
    电控系统将计算机技术的最新成果与电磁搅拌器的基本原理和工艺要求相结合，实现电磁搅拌器的全部控制功能。系统具有手动、自动、远程控制等多种工作方式、具有良好的人机界面、工艺流程界面、参数存储和调用界面、主要参数的历史趋势等，实现系统控制、图形、文字、工况显示和故障报警；系统运行稳定可靠、维护方便、无备件困扰之忧；系统设置自检功能。
    控制系统完全满足钢铁行业的通讯要求。具有强大的通讯功能，易于与其他设备实现通讯，以及组成网络，实现远程诊断、遥控操作。可实现多路数字、模拟、开关信号的输入、输出，按用户要求完成整个系统的控制功能，更改方便。
    实时控制和监控均采用工业计算机，具有高抗干扰能力、高可靠性，功能强大，可以准确而及时地采集现场信息和数据。参数设定、修改方便，数据存储量大，具有数据库管理功能。运行状态监控严密。
    （四）操作简单方便灵活
    操作简单，方式灵活：操作分为手动、本地自动和遥控（或联网控制）。
    从中央控制室可实时存储各流电磁搅拌器的工况及故障信息，便于操作者随时调出或打印，进行产品分析，故障分析。
    （五）故障诊断保护功能完备
    自诊断整流器故障、逆变器故障、三相不平衡故障、绕组绝缘、电流跟随故障、断相和短路故障等；接地故障、输入缺相监视、输出缺相监视、电源功率器件过热保护等。
    具有短路、过流、过热、欠压保护功能，系统具有可靠的缓冲电路和其他抗干扰电路。
    据故障严重程度分报警、停止搅拌和系统总停3种处理方式。产品应用于连铸的电磁搅拌器中，具有提高铸坯质量、产量和降低成本，扩大连铸品种，改善工艺条件等作用，此外还可应用于铝、铅、锌、铜等有色金属的熔炼场合。

    三、应用案例
    普传科技为贵州某钢铁集团钢厂连铸车间设计的专用电源及控制系统现场一次调试成功，使用至今，效果良好，满足工艺要求。




    主要技术数据：
    1）、搅拌器本体（外置式结晶器电磁搅拌器）外径：φ573mm 内径：φ312mm 高：515mm 额定电流：400A 频率：2－10Hz 冷却水流量：10m3/h
    2）、PI7900电磁搅拌器专用电源：输入电源：380V50Hz，输出容量：263KVA，输出电压：380V，频率：2－10Hz，输出电流：415A。
    3）、冷却水系统：储水箱、水泵、各种阀门、温度传感器、流量传感器、压力传感
    器、管道等组成。
    4）、工控机“监测各流冷却水温度、流量、搅拌电流、频率，正常工作时在工控机画面上执行各种操作。

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