不间断电源拖动感性负载与应用

该系统是不间断电源系统(UPS)通过软启动器转换实现拖动感性负载，成功解决了UPS不能拖动感性负载的技术难题，为高炉热风炉煤气切断阀运行提供后备电源保证，避免供电意外情况下的煤气使用事故，实现安全稳定生产。

1 引言

在高炉炼铁生产工艺过程中，产生大量的高炉煤气，热风炉利用高炉产生大量的煤气进行烧炉，剩余煤气通过管道送入煤气总管，供其余利用煤气生产工艺使用。热风炉在供顶燃烧时。煤气和空气分别通过煤气切断阀和空气切断阀进入供顶燃烧室，进行燃烧。热风炉在正常生产时，热风炉的操作规程是两烧一送，正在烧炉的热风炉煤气切断阀是打开的，突然大面积停电，空气停了，如在短时间内无法快速关断煤气，将会产生很大的生产安全事故，因此考虑是否储备电源来完成此项工作，即不间断电源系统(UPS)，用UPS电源供应电机拖动电动阀门装置，而UPS电源不能直接驱动感性负载，即电机。

2 系统解决方案

1)不间断电源系统(UPS)是一种能为负载提供连续的不间断电能供应的系统设备。不断电系统一般均应用于保护重要设备。由于UPS研发设计以计算机为主，并非所有负载均适用，尤其是电感性负载，像空调、电风扇等设备均不适用。负载类型一般可分为电阻性、电感性、电容性等线性负载与含整流电路非线性负载，UPS适用电阻性和带容性的整流性负载，感性和容性等非线性负载启动都有冲击电流，对正弦波而言，此几类负载均可使用。方波、阶梯波仅可用于电阻性及电容性负载，因感性负载的反电动势是阶梯波的致命伤，而电容性负载则需要较高的峰值电压来驱动，方波、阶梯波的产品恰好有高峰值的特性。

2)由于UPS电源不能直接驱动电机(感性负载)，考虑选择了带容性的整流和逆变装置设备作为中间能量转运桥梁。软启动器是带容性整流性负载(工作原理图中整流晶闸管都并电容，采用三相反并联晶闸管作为调压器，且反并联晶闸管都并电容，属容性整流型负载)，逆变回路形成阶梯波比较适合电容性负载，通过软启动器作为中间环节来驱动电机，实现不问断电源驱动感性负载。

3)使用UPS应注意的问题。由于驱动电感性负载会有反电动势的产生，激活电流较大的设备亦不适用于UPS，因其瞬间启动电流大，若UPS容量不足时，易造成瞬间超载，必须选择容量较大的；但UPS容量较负载不宜过大，以免过度轻载运行，过度轻载运行虽有利于降低逆变器的损坏概率，电池放电电流过小而放电时间偏长，电池组被深度放电，而遭永久性损坏；UPS容量也不宜过小，以免使其长期处于重载运行状态。这样虽可节省一部分投资，但由于逆变器处于重载运行，其输出波形将发生畸变，输出电压幅值抖动过大。这样既不能为负载提供优质电源，还极易造成UPS逆变器的损坏，所以，即使从经济角度讲也是得不偿失。根据目前一些UPS厂家给定，UPS负载量不宜长期超过其额定容量的80％。

3 系统设备选型与计算

系统设备简介：煤气切断阀阀门型号D941SH／X一0．2 I)N1400；电动装置型号ZC90—36／20—90／190，3台，电动装置配置电机YDF2—132M1—4，4 kW；每次出现故障应急使用2台，即按照2台设备驱动选择容量。

1)所有负载的额定容量累加求出总容量。根据负载容量及性质，选择适当的UPS系统，既可保证UPS的供电质量，降低故障率，又可节省投资，提高经济效益。一般来说，UPS容量的确定主要是要满足当前负载的需要，考虑以下几个因素。①UPS系统的容量大都以VA为单位，V表示电压，A表示电流，电压乘以电流就表示功率。另一个表示功率的单位是“W”，W表示有功功率，VA表示视在功率，两者之间有一个功率因数的差别，W=VA×COS 0，其中COS 0是UPS功率因数，它是由产品厂家给定的，有0．6，也有0．8，但目前大部分的市售产品都定在0．7。②负载性质对UPS输出功率的影响。目前大部分UPS生产厂家在产品说明书中所给的输出功率都是指负载功率因数为～0．8(滞后)的值，而UPS电源实际可带的负载量是与负载功率因数密切相关的。当负载为纯电阻性或电感性时，逆变器在额定功率下其有功功率将有所下降。所以在考虑UPS容量时，对不同的负载功率因数要进行功率折算。通常的估算：假设负载功率因数为一0．8(滞后)时的UPS，额定功率为1 kV·A，则负载功率因数为一0．9时，输出功率为0．9～0．93 kV·A。对于计算机类负载，只要负载的峰值系数在UPS允许的范围内，UPS基本上可以输出额定功率，对于电感性负载，则需酌情加大UPS容量。③确定所需UPS的功率(VA)值，所保护的设备均会标示出其功率(W)值或电流(A)值。如：标示功率(W)值÷O．7=VA值；如标示电流(A)值×220=VA值。

将所有设备VA值相加得到总VA值，将总VA值加上30％预备容量即得到UPS的VA值。计算电机运行的功率为：4 kW／O．7×2×130％一14．87 kV·A，由于是感性负载，留有一定余量，因此选1台福兰尼克UPS电源，容量为15kV·A。

2)软启动器选择。根据节约投资考虑，设计采用1台ZJRl型软启动器，利用一拖二型，分开控制回路同时启动，因此选择型号为ZJRl电机软启动器ZJRl一Z，22 kW，380 V。

4 系统参数调试和功能实现

1)考虑因素。

①每台阀门运行到位时间大约为15 s，所以2台启动所需时间为30 s；

②软启动器在2台阀门运行到位之前不能切换旁路，否则变成了UPS电源直接拖动电机；③发生紧急情况时，能做出快速操作，达到快速切断煤气。

2)软启动器参数。

启动起始电压值设定为220 V；起始上升时间(起始电压到额定电压380V的时间)为100 s。启动上升时间100 S是为了不使电机切换到旁路，造成UPS直接拖动电机；电压控制模式。

3)自动化控制设计。

UPS电源经过软启动器到控制箱开关上，再经过接触器，引出线路直接压到电机接线端子上，接触器能实现正常情况下的电源隔离。所有的控制点都进入PI。C模块，实现上位计算机操作，在应急情况时点击启动，软启动器启动同时接触器吸合，拖动煤气切断阀运行到位释放。

5 结论

本系统经过多次调试试验成功，这种工作方式是可行的，实现了技术的跨越，给煤气系统安全使用提供了保障，提高了经济效益。