摘要：

   随着电磁搅拌技术在黑色冶金和有色冶金等领域的应用和普及，作为电磁搅拌核心的变频电源技术也在同步发展，本文着重阐述汇川技术MD380四象限变频器作为电磁搅拌设备四象限变频电源已在河北、山东、河南、陕西、四川、山西等地众多铝熔炉等电磁搅拌设备上的广泛应用及其优势。

  关键词： 金属冶炼、铝熔炉、电磁搅拌、MD380四象限变频

  1.电磁搅拌系统简介

  1.1发展

  黑色冶金领域：

  电磁搅拌技术已在世界范围内的黑色冶金领域得到广泛应用，主要体现在钢厂连铸生产上。电磁搅拌装置在钢水连铸工艺段上使用由于具有可扩大铸坯等轴晶区，减轻铸坯中心疏松、中心偏析和中心缩孔等优势可显著提升连铸钢坯质量而被钢厂广泛应用。电磁搅拌装置变频电源功率一般在几百千瓦到上兆瓦，按安装位置不同分为结晶器电磁搅拌、二冷区电磁搅拌、凝固末端电磁搅拌三类，见下图：
 
                 
                            钢坯连铸不同位置电磁搅拌示意图

  而下图结合钢厂连铸工艺标示出了结晶器和凝固末端两位置处的电磁搅拌：
 
         

  有色冶金领域：

  在中国自国家“七五”计划之后电磁搅拌技术已被成功应用于有色金属冶金（铝、铅、镁及合金等）取得了良好的社会和经济效益。尤其铝合金的需求，自60年代后铝材生产发展迅速，每年大约增长4～8％，产品广泛应用于航空、建筑、运输、电气、化工、汽车制造、包装和日用品工业等部行业产量仅次于钢铁，居金属材料第二位。电磁搅拌作为铝熔炼过程中的关键设备，在铝熔炼过程中其为无接触性无污染搅拌方式同时具有均匀金属熔液温度、缩短熔炼时间、均匀金属熔液化学成分、减少氧化渣产生、降低烧损率、指标可控性好、电气化程度高等诸多优势而在铝熔炼行业得到了广泛应用。下文重点介绍有色冶金领域的铝熔炉电磁搅拌设备及汇川技术MD380四象限变频电源在小吨位铝熔炉电磁搅拌设备上的成熟应用。

  1.2铝熔炉电磁搅拌原理
 
                 

   感应式电磁搅拌器主要由变频电源和感应器组成，是利用电磁感应原理产生的强磁场作用于金属熔液（导体）上，从而促使金属熔液（导体）在磁场作用下做规律运动。变频电源把50/60Hz的电网工频交流电变换成频率为0.5～5.0Hz、输出电压可调的3相或2相VF分离低频电源，该电源电流通入电磁搅拌主体装置（感应器）中，形成交变行波磁场，此行波磁场穿透炉底的不锈钢板及炉衬作用于金属熔液上，金属熔液在磁场的作用下产生感应电动势和感应电流，此感应电流又与磁场相互作用产生电磁力，从而使金属熔液做有规律运动，以达到对金属溶液搅拌的目的。通过改变行波磁场的方向及强度，可以有效控制金属熔液的搅拌方向和搅拌强度。

  1.3铝熔炉电磁搅拌系统组成

  电磁搅拌系统主要由隔离变压器、变频电源柜、电磁搅拌器、本地操作台、纯水冷却装置、等组成，如实物图如下：
 
               
  1.4铝熔炉电磁搅拌装置传统变频电源及其缺陷

  传统的电磁搅拌变频电源一般为交-交变频电源或2象限交-直-交变频电源，其存在如下缺陷：

1） 功率因数低；
2） 污染严重；
3） 无法实现能量回馈电网，存在能量浪费现象；
4） 运行中忽停电易炸机等缺陷；

  变频电源作为电磁搅拌设备的核心部分其性能特点直接决定了金属冶炼的质量、节电率和搅拌指标的好坏，汇川技术MD380四象限变频经科学配置后作为电磁搅拌系统的变频电源则可规避传统变频电源的诸多不足，下文介绍汇川技术MD380四象限变频诸多铝厂小吨位（40吨及以下）铝熔炉电磁搅拌设备上的成熟应用和四象限变频电源技术优势。

  2. 汇川技术MD380 四象限变频在小吨位铝熔炉电磁搅拌设备上的应用

  2.1汇川技术MD380四象限变频电源电气图及简介
 
  

  工业三相交流电经隔离变压器后送入四象限电源，四象限电源将其转变为电压和频率分别可控的交流电输出，从而可分别控制电磁搅拌力大小和搅拌速度快慢。另当电磁搅拌器处于发电状态时过剩能量可通过四象限电源反送到电网侧，提高了能量利用率.其相对对于电磁搅拌传统的二象限电源而言具有功率因数高、谐波污染小、绿色环保、可实现电网与负载间能量的双向流动、母线电压可控且稳定性高等诸多优势.

  2.2测试数据及现场图片
 
                

                 

  测量数据—30吨铝熔炉负载率87%时功率功率因数及U、I波形
 
           
                         现场局部照片

  3.汇川技术MD380 四象限变频驱动方案在小吨位电磁搅拌上的优势

   1）MD380四象限变频器作为铝熔炉电磁搅拌装置的变频电源主要应用于40吨及以下容量铝熔炉，而大吨位铝熔炉电磁搅拌MD601工程型四象限柜式变频器可胜任；

   2）MD380四象限变频器的应用，其能量回馈技术在额定负载率时系统功率因数可达0.99以上，可降低电网侧供电变压器容量成本，也帮用户节省了无功补偿设备的投资；

  3）MD380四象限变频器使得变频电源对电网侧的电流总谐波污染大大降低，整流侧负载率超过70%左右时电流总谐波小于5%，绿色环保；

   4）MD380四象限变频的母线电压和输出电压连续可控且平稳（受电网侧电压波动等因素影响小），克服了以往交-交变频或普通两象限变频输出电压受电网等因素波动大而影响金属熔炼质量的弊端；

  5）MD380支持Profibus-DP、Modbus-RTU、CAN通讯模式，方便工业现场应用；

  6）MD380特殊的VF分离功能，解决了小吨位电磁搅拌特殊负载正常工作时的主动防御安全停车的难题；

  7）MD380合理的制动系统配置和特殊的软件处理满足了运行中忽停电等特殊工况下电磁搅拌系统可靠安全关断的要求，避免了传统交-交变频电源或交-直-交2象限变频电源此工况下易炸机的缺陷。

  8）MD380完善的保护功能保障了系统的安全性和可靠性；

  9）MD380的故障记忆与汇川触摸屏无缝结合便于现场设备维护和诊断；

  10）MD380电磁搅拌专用变频还具有电流闭环功能供不同电磁搅拌客户现场选择应用；

  四、结束语

  随着工业经济的快步发展和基础能源的相对困乏，国家对电网的工业污染和工业设备节能越加重视，汇川技术MD380、MD601四象限变频器作为电磁搅拌装置的变频电源较之其传统的变频电源具有绿色、环保、节能、功率因数高、可靠性高、功能完善等诸多优势将会在分布于全国各地的诸多铝厂（铝熔炉）和钢厂（连铸生产线）等的电磁搅拌设备上引领技术潮流。
 
      
 
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