变频器在玻璃钢化炉中选型配置方法

钢化玻璃是采用物理处理方法使玻璃表面产生永久压应力层，从而抵消使玻璃受损的拉应力的一种二次加工制品。钢化炉是钢化玻璃的加工设备，其生产过程主要是将玻璃送入加热炉内加热，达到一定温度后，快速均匀淬冷的过程。
变频器在钢化炉的控制系统中得到了广泛应用，变频器的正确选用对于钢化炉电控系统的稳定运行起着关键性的作用。
1 变频器的容量
容量做为变频器最主要的技术指标之一，决定了其运用场合及所采用的技术类型，对额定电流的合理选择有助于变频器的长期稳定运行。变频器的容量一般有3种表示方法：额定电流、适配电动机的额定功率、额定视在功率。
钢化炉传动及提弯系统在启动时均可能存在重载启动，因此要求变频器的容量必须按运行过程中可能出现的最大电流来选择，即：
I_N＞I_max
I_N为变频器额定电流；I_max为电动机的最大工作电流
在钢化炉传动系统中，选择变频器的容量时，一定要比匹配的同功率电动机容量大一级，才能满足电动机在整个调速范围内的负载特性要求。
钢化炉风冷系统的变频器一定要选择风机、泵类负载专用变频器，且最重要的是变频器的过载能力。因为玻璃钢化风冷的过程中，变频器要承受短时(10 s~20 s)过载，要求所选的变频器必须具备一定的过载能力，通常变频器的过载能力达到输出电流为1.5倍的额定电流时，工作达1 min即可满足要求。
另外基于风冷系统的特殊工艺，风机电机需在很短时间内频繁加、减速，所以在风机电机启动(加速)的过程中电动机不仅要负担稳速运行的负载转矩，还要负担加速转矩，风机电机加速时间(250 kW)限制在100 s，以避开峰值电流。
2 变频器负载类型
(1)钢化炉主传动系统
钢化炉的主传动系统包括入/出片辊道传动、加热炉辊道传动、风栅辊道传动4大传动体系，其负载均呈现恒转矩特性，即负载转矩TL与转速无关，任何转速下TL始终保持恒定或基本恒定，负载功率则随着负载速度的提高而呈线性增加。因此变频器拖动负载时，特别是玻璃在炉内往复低速运动的情况下输出转矩要足够大，并且有足够的过载能力，保证长期低速稳定运行。为了方便操作还可以选择具备设定V/f特性、转矩提升方法等功能的变频器。以富士变频器为例，具体负载选择设定如表1所示[1]。

(2)钢化炉风冷系统
风机是典型的流体负载，其转矩与转速的2次方成正比，功率与转矩的3次方成正比。可以通过变频器调速来调节风量，以达到大幅度节约电能的目的。但由于此类负载在高速时需求功率增长过快，不建议这类负载使用时超工频运行。
基于风机负载类型，以富士变频器针对风机泵类负载设计的FRENIC5000P系列变频器为例，其转矩特性曲线如图1、图2所示[2]。

3 变频器的通讯端口
变频器基本的通讯方式为RS-485串行通讯，以风机变频器为例，与触摸屏之间以RS-485通讯进行数据交换，所以在选择变频器时也要对通讯端口进行考虑。
4 变频器防护等级
变频器的防护结构要与安装环境相适应，包括环境温度、湿度、粉尘、腐蚀性气体等因素的影响。对于玻璃钢化系统来说，变频器均配置在电控柜内，所以可以选择防护等级较低的变频器，IP00防护等级即可满足要求。
5 变频器外围设备
(1)AC/DC电抗器
钢化炉因其大量采用电加热及大功率风机进行钢化的特点，必须将变频器连接到大容量变压器电网中使用，从而使得电源的电抗百分比变小，流入变频器的电流的高次谐波成分增加，波幅值增大，从而可能引起变频器内部的整流器及滤波电容器等零部件的损坏。为此，最好选择带有改善输入功率因数及减小高次谐波的DC电抗器。
但对于电网污染比较严重的状况及电源变压器为变频器额定容量的10倍以上时，可选配AC电抗器进行无功补偿及谐波治理。选配AC/DC电抗器后，电压畸变率大约降低30％～50％，是不加电抗器谐波电流的1/2左右。所以很大程度上可以改善电网质量。
(2)制动单元(电阻)
钢化炉中加热炉、风栅辊传动需要频繁往复运动，这就使得电动机需要快速加、减速，且定位返回。如果由于运动惯性导致玻璃超出定位范围，那么玻璃在炉内位置将出现由于往复运动错位、玻璃加热不均匀，导致在钢化风冷过程中炸裂。所以为了提高传动系统变频器的制动能力，需外接制动电阻进行制动。
制动电阻的选择设计最关键的2个因素就是阻值与功率。
对于阻值的选择实践证明，当放电电流等于电动机额定电流的一半时，就可以得到与电动机的额定转矩相同的制动转矩，因此制动电阻[3]的粗略计算是：

UD为制动电压准值，I_MN为电动机额定电流。
为了保证变频器不受损坏，强制限定制动电阻的最小阻值即流过制动电阻的电流为额定电流时的电阻数值。选择制动电阻的阻值时，不能小于该阻值[3]。

综上所述，制动电阻阻值R的选择范围为：

钢化炉中制动电阻的功率主要取决于刹车使用率ED%，由于系统制动时间较短，使得制动电阻的温升不足以达到稳定温升。因此，决定制动电阻功率的原则是在其温升不超过允许数值(即额定温升)的前提下，应尽量减小容量，粗略算法如下：

钢化炉中常用变频器功率适配制动电阻值如表2所示。