可变频应急电源的应用-炼钢转炉氧枪事故提升电源
1 工艺要求
炼钢转炉氧枪电机目前多采用交流电动机，交流电源正常时由变频器供电，实现氧枪的下降、吹氧、提升的调速运行;交流电源事故停电时必须由另一套应急电源供电，紧急提升氧枪，防止发生设备事故。
根据某钢厂炼钢转炉的工艺要求，在交流事故停电时应急电源需要供电的负载为:
(1) 氧枪电机1台，电压380V，容量55kW;
(2) 氧枪抱闸电机1台，电压380V，容量0.33kW;
(3) 转炉抱闸电机4台，电压380V，
容量0.45kW×4＝1.8kW;
(4) 事故控制电源，电压380V，容量2.4kW;
(5) 要求应急电源的备用时间为1小时。
应急电源的工作情况有以下2种情况:
当转炉正在炼钢吹氧时，交流电源突然停电，应急电源中的可变频逆变器应首先输出给氧枪电机使其处于堵转状态，同时应急电源中的工频逆变器输出事故控制电源，给氧枪抱闸电机供电，松开氧枪抱闸，然后紧急提升氧枪到最高位。因为炼钢时，转炉已经在零位，应急电源不需给转炉抱闸电机供电。
如转炉正在出钢时，交流电源突然停电，应急电源中的可变频逆变器应输出给转炉抱闸电机，松开转炉抱闸，转炉靠自重倾转回到零位。因为出钢时，氧枪已经在最高位，应急电源不需给氧枪电机供电。
2 应急电源的配置
根据上述工艺要求，应急电源的配置应为:
(1) 75kW可变频逆变器1台(考虑氧枪最大负载情况，过载能力150%，60s)
(2) 3kVA工频正弦波逆变器1台(按氧枪抱闸电机全压启动及交流接触器线圈最大吸合功率考虑)
(3) 充电模块2台(输出电流按电池容量的10%计算)
(4) 免维护铅酸蓄电池1组 (电池容量按负载电流和后备时间计算)
3 应急电源的原理设计和参数计算
3.1 原理设计
因为在交流电源正常时，氧枪电机由一台变频器供电，控制电源、氧枪抱闸电机、转炉抱闸电机都是由交流电源供电，只有交流电源停电时，氧枪电机、控制电源、氧枪抱闸电机、转炉抱闸电机才由应急电源供电，所以应急电源设计成离线式。
氧枪电机变频器和应急电源的可变频逆变器分别通过两台输出交流接触器给氧枪电机供电，两台接触器由操作连锁系统控制，接触器线圈分别由交流电源和应急电源中的工频正弦波逆变器供电，交流电源正常时，氧枪电机由原控制系统控制工作，交流电源事故停电时在机旁箱操作事故氧枪提升按钮和事故松转炉抱闸按钮。氧枪提升到上极限自动停止，转炉倾转到零位停止。应急电源系统主回路及控制回路见图1。
图1 应急电源系统主回路及控制回路
3.2 参数计算
(1)可变频逆变器技术参数
可变频逆变器采用西门子矢量型逆变器，其电气参数为:
输入:DC510V(-15%)~650V(+10%)
输出:0~3AC380
额定频率
输入:直流
输出:0~50Hz
额定电流
输入:174A
输出:146A
过载电流:198A
过载时间:60S
(2) 工频正弦波逆变器技术参数
直流输入电压:180~300V
直流输入电流:13.6A
交流旁路输入电压:380V±15%
交流旁路输入电流:4.5A
切换时间:≤5ms
交流输出电压:380V±3%
交流输出电流:3.6A
过载能力:120% 1min;150% 10s;200% 1s
(3) 逆变器容量核算
a)可变频逆变器容量核算
氧枪电机容量为55KW，额定电流约110A，考虑氧枪刮渣过负荷情况，电流1.5倍为165A＜198A(逆变器过载电流)，故逆变器容量能够满足。
b) 工频正旋波逆变器容量核算
该逆变器负载是氧枪抱闸电机(直接启动)和控制电源，氧枪抱闸电机容量为0.33kW,额定电流约0.66A，直接启动电流按8倍计算为5.28A，逆变器额定输出电流为3.6A,过载1.5倍电流为5.4A＞5.28A。
控制电源的负载为氧枪电机、氧枪抱闸电机、转炉抱闸电机输入接触器线圈，因为他们不是同时工作，所以可以按最大线圈的吸合功率考虑，氧枪电机输入接触器为250A，线圈吸合功率为1430W，电流为1430W/220V＝6.5A，吸合时间0.5s;而逆变器过载能力:200% 1s，既容许电流为3.6×2＝7.2A＞6.5A。
因为氧枪抱闸电机启动和接触器操作不是同时进行的，所以可以按最大负载考虑，由以上计算可以看出逆变器容量可以满足。
(4) 电池容量和串联只数的计算
a) 电池容量计算
电池组是当交流事故停电时，作为2台逆变器的输入电源为负载提供能量，电池组的容量由逆变器输出的最大负载电流和持续时间决定。
由西门子逆变器技术参数可知:额定交流输出电流为146A时，直流输入电流为174A，那麽氧枪电机工作在额定电流110A时，直流输入电流为110A×174A/146A＝131A。
由工频正弦波逆变器技术参数可知:在额定情况下，逆变器直流输入电流为13.6A。因此2台逆变器总的直流输入电流为144.6A。既电池组需要提供的最大持续电流为144.6A，而持续时间为60min。根据这两个数据就可以计算电池组的容量。
按恒流放电计算电池组容量，已知条件为:
●单只电池额定电压:12V
●单只电池放电后的截止电压:10.8V
●恒流放电电流:144.6A
●放电持续时间:1h
●放电容量为144.6A×1.0h＝144.6Ah
从图4电池放电曲线可以得出1h对应12×J20曲线，再由图5电池容量曲线可以得出容量60%;设所求电池容量为C，按下面公式计算:
60%×144.6=100%×C
C=100×144.6/60=241Ah 故选240Ah电池。
