交流变频调速在钢铁工业中的进展问题与展望水运压滤设备离合器供热采暖切肉机

交流变频调速在钢铁工业中的进展、问题与展望

钢铁工业是材料工业，由于钢铁具有良好的物理和化学性能，故钢铁是现代工业中应用最广、发展最快的金属材料，是建筑、汽车、铁路、航运、电器、电力、食品等工业不可缺少的材料。

（1）钢铁工业耗电量极大，我国电工产品耗电约占全国总发电量的70%，而冶金系统年耗电量约占全国发电量的9.3%左右[1]，驱动的电动机占很大一部分，其中要求调速的占80%以上（据统计，钢铁工业要求调速的电动机从数量上说约为20%，而容量上说却占80%），故其有效操作和节能降耗是至关重要的。（2）钢铁工业产量大、经济效益大，要求作业率高。如板带热连轧厂年产量大都超过600万吨，稍有故障停车，损失就很大，故提高作业率极为重要。钢铁企业使用的电动机有直流电动机和交流电动机，由于许多要求调速的生产机械对电气控制系统有一定的要求，如调速范围、动态响应、静差度等，过去直流电动机一直占主导地位，但直流电动机有一系列缺点，如结构上有换向器及电刷使日常维护量增加、电刷与整流子经常产生火花而要求安装环境较好及不针对用户的需求能用于易燃易爆场所、与同容量交流电动机比体积和重量及转动惯量都较大、价格也较高、效率比交流电动机低2～3%等，交流电动机则无直流电动机的缺点，维护量较少，作业率较高。特别是近十多年随着电力电子和微电子技术发展及现代控制理论应用，使交流调速迅速发展，其调速特性与直流调速性能完全一样甚至超过，完全可代替直流电动机及其齿轮油调速系统。（3）变频调速经济效益高。交流调速有多种方法（异步电动机的变极调速、调压调速、转子串电阻调速、电磁转差离合器调速，液力耦合器调速、机械差动调速、变频调速等），但主流是变频调速。变频调速的变频电源有旋转变频机组和静止变频装置。前者由异步或同步电动机—直流发电机和直流电动机—同步发电机两套机组组成。后者则由电力电子器件和微电子器件组成，无可动部分。由于旋转变频机组设备庞大、有可动部分、维护量大、灯管效率低和性能差，故已被静止变频装置代替。现在所指的变频调速是指静止变频调速装置（变频器）。据统计使用静止变频调速以后，可节电1～3%。因此交流电动机驱动和变频调速在钢铁厂已广泛应用[2]，特别是新建的机组，甚至大功率（单机达10000kw）、要求严格的带钢热连轧机也使用交流做大做强采、选、冶1体的高科技龙头企业团体电动机驱动和交流调速。

2交流调速及变频器在钢铁工业应用的进展变频调速在钢铁工业的应用，经过多个阶段。

交流调速开始为节能而用于风机、水泵代替要耗能的恒速运行但调节阀门的方法，到上世纪80年代初日本川崎钢铁公司首先在连铸车间全交流化，取得了良好的效果，以后，不但在连铸车间使用，而且推及到各工序、各车间全交流化。由于由于热轧板带轧机要求严格、产量大（年产600万吨以上），稍有故障或性能达不到要求，损失就很大,故直到数字控制技术和矢量控制技术完全实用化（矢量控制的电动机轴上装有脉冲发生器，并以此进行速度反馈构成闭环系统，用数字控制方式进行速度控制或力矩控制，因而调速范围宽，调速精度高，动态性能已达到直流调速。而vvvf控制为开环系统，按照电压／频率（v/f）一定，用模拟技术进行控制，因而调速范围小，约为1:40，调灌粉机速精度受限制，动态性能不如直流调速，尤其是小容量、低速情况下不理想），才为热轧板带轧钢厂轧机主传动交流化创造基础，但开始仍只限于在要求没有串列的精轧机严格的粗轧机，然后经过试验和多年后才用于精轧机。

要求严格、技术复杂和产量大的热轧板带轧机工厂实现全交流化，事实上钢铁工业全交流化就已实现，冷板带连轧机、中厚板轧机、线棒轧机、型钢轧机、钢管轧机包括主、辅传动都相继使用交流变频调速。

直接连接（非高—低—高变换）式的高压交流变频调速装置的研制成功，使那些需要调速6kv的高压电动机，如矿井提升机也得到解决。由于传动装置和变频装置是工业控制的基础环节，在cims系统六级结构中属于l1级，要实现全线或部分自动化，需要与plc或工业控制器相连，也开发了“传动—plc一体化”，它一般通过现场总线相连。

相对而言范围大3交流调速及变频器实际应用中要注意的几个问题

变频装置主要分为交—直—交变频和交—交变频两大类，交—直—交变频又可分为电压型和电流型两大类，交—交变频多为电压型，也有少量使用电流型。变频控制方式分为电压型、电流型、脉冲宽度调制型等。其主回路的拓扑、控制进口果干策略都有多种方式可以选择，如功率器件有scr（晶闸管，thyristor）、gto（门极关断晶闸管，gateturn-offthyristor）、igbt（绝缘栅双极晶体管，insulated-gatebipolartransistor）、igct（集成门极换流晶闸管，integratedgatecommutatedthyristor，是一种新型半导体功率器件，在gto的基础发展起来的）等；主回路的拓扑结构可选择两电平、三电平、负载换相式scr电流型变频器等，控制策略可选择v/f控制、矢量控制、直接转矩控制、脉冲宽度调制（pwm）或脉冲幅度调制（pam）等；电压也有高压（3～6kv，主要是大容量的同步或异步电动机）、中压或抵压（如一般的小功率380v和轧钢辅传动的电动机）等。此外，变频调速还有变极调速，无级调速还有矢量控制方式、变压变频（vvvf）控制方式等，价格极为不同，如何选择是一大问题。表3示出了我国宝钢从日本引进的于1989年投产的1900mm板坯连铸全交流方式。从表中可以看出，变频调速采用变极、vvvf和矢量变换控制三种方式，在调速要求不需无级的只须有限变速的采用变极控制方式，要求速度控制不严格的如辊道速度控制采用变压变频（vvvf）方式，要求速度控制严格的才采用矢量变换控制方式，这样目的是节约投资和简化维护，这种按工艺要求选择变频器的方法可作为为其他车间交流化作为准则，如烧结的全交流化，其配料的变频器采用vvvf方式，台车采用矢量变换控制方式。

对于变频器生产，国外电气公司都已产业化了，如德国西门子、法国阿尔斯通、瑞典abb、美国ge、意大利ansoldo、日本日立、日本三菱、日本安川等公司都生产各种容量、不同电压的通用变频器可供选用，选择时可适当参照其业绩及在类似或同样机组使用情况和经验与效果。变频所用电动机也需注意，一般1000kw以下的电动机，采用异步电动机性能价格比较好，对于容量较大的可采用同步电动机或异步电动机。异步电动机一般采用线绕电机，而容量较小的电动机一般采用鼠笼电机。由于传动控制系统一般采用pwm变频器，故电机也须特殊设计，以满足pwm变频调速的要求（按不同机组情况，包括允许过载%、过载时间、工作制、绝缘等级、保护等级、额定电压等）。一般来说，还须考虑电源污染对电造成的影响问题，特别对容量特大并使用交—交变频装置的场合，考虑装设无功动态补偿装置（svc）是要认真考虑的。