變頻器技術(shù)是當(dāng)今公認(rèn)的節(jié)能效果顯著的傳動(dòng)技術(shù)，目前在這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)基本上是被國(guó)外產(chǎn)品所占領(lǐng)。本應(yīng)用報(bào)告有兩點(diǎn)是引人注意的。1：大膽選用國(guó)內(nèi)品牌產(chǎn)品，用戶既節(jié)省了設(shè)備投資，又支持了民族工業(yè)的發(fā)展壯大。2：本應(yīng)用報(bào)告既有一般性概述分析，又有詳細(xì)的數(shù)據(jù)記錄與對(duì)比，令讀者對(duì)其使用效果一目了然確信不疑，達(dá)到了典型應(yīng)用的范例作用。

    寫作心得：
    作為以工藝控制為最初目的的變頻調(diào)速裝置應(yīng)用而言，由于變頻調(diào)速在調(diào)速范圍、調(diào)速精度、控制靈活、功率因數(shù)、工作效率、使用方便等方面等優(yōu)點(diǎn)，使變頻調(diào)速成為最有發(fā)展前途的一種交流調(diào)速方式。然而對(duì)于在我國(guó)97年之后迅猛發(fā)展起來(lái)的國(guó)產(chǎn)高壓變頻器產(chǎn)業(yè)，由于我國(guó)制造業(yè)基礎(chǔ)平臺(tái)還很弱，以及有些生產(chǎn)廠家急于求成，在上個(gè)世紀(jì)末某些國(guó)產(chǎn)高壓變頻器品牌運(yùn)行得不是很穩(wěn)定，給整個(gè)國(guó)產(chǎn)高壓變頻器制造行業(yè)帶來(lái)些許負(fù)面影響，雖然所有的廠家勵(lì)精圖治，在產(chǎn)品的質(zhì)量上、可靠性、控制功能上等等在做出不懈的努力，目前仍然沒(méi)有得到廣大用戶的全面肯定。作為一名多年從事現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)的技術(shù)人員，我認(rèn)為有責(zé)任和有義務(wù)為我國(guó)的國(guó)產(chǎn)高壓變頻器制造行業(yè)的發(fā)展奉獻(xiàn)自己的青春和力量。
　　
    摘要：本文著重從太鋼集團(tuán)東鋼動(dòng)力股份有限公司電爐冶煉車間布帶除塵風(fēng)機(jī)變頻改造后的節(jié)能效果上做詳細(xì)闡述。在能源危機(jī)日趨緊張的2004年，鋼鐵企業(yè)節(jié)能降耗是鋼鐵企業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向。
    Abstract: The Energy-saving of domestic High Voltage Inverters applied to Induced-draft in DongGang Generating Co., Ltd. of TaiGang Group, is stress expounded in the thesis. Much econemier in energy is one of the most development tendency in the field of Metallurgy Industry on 2004.
    關(guān)鍵詞：節(jié)能 發(fā)展
    Keywords: Energy-saving Development

　　
    前言
    在上個(gè)世紀(jì)八十年代末，交流變頻調(diào)速逐漸登上了工業(yè)傳動(dòng)調(diào)速方式的歷史舞臺(tái)，并演變到日趨取代直流調(diào)速方式傳動(dòng)的程度。尤其是矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)在通用變頻器中的運(yùn)用，以及政府部門在“十五”節(jié)能規(guī)劃中目標(biāo)的提出，都加速了通用變頻器和國(guó)外大功率高壓變頻器在我國(guó)各行各業(yè)的使用規(guī)模和改造力度。在2003年，僅北京一家專業(yè)代理國(guó)外自動(dòng)化產(chǎn)品的公司富士通用變頻器產(chǎn)品一項(xiàng)的銷售額就超過(guò)了2個(gè)多億。我國(guó)變頻器研發(fā)、生產(chǎn)的起步比較晚，尤其大功率高壓變頻器的研制工作在上個(gè)世紀(jì)九十年代中期以前還是個(gè)空白。直到上個(gè)世紀(jì)末，我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)高壓變頻器樣機(jī)陸續(xù)在各地試運(yùn)行，但由于民營(yíng)企業(yè)項(xiàng)目運(yùn)作資金不足——許多關(guān)鍵器件采用了國(guó)內(nèi)性能不高的產(chǎn)品以及我國(guó)國(guó)內(nèi)還不具備高水準(zhǔn)的產(chǎn)品試驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)和環(huán)境，造成了國(guó)產(chǎn)高壓變頻器剛上市頭兩年就遭遇了運(yùn)行不穩(wěn)定甚至模塊爆炸的慘敗。由于高壓變頻器的開(kāi)發(fā)和研制是一種耗資巨大的項(xiàng)目，在這個(gè)領(lǐng)域不會(huì)形成象低壓通用變頻器領(lǐng)域那樣百家爭(zhēng)鳴的局面；哪家公司的產(chǎn)品能夠穩(wěn)定運(yùn)行，有擴(kuò)大再生產(chǎn)的資金即產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，并且價(jià)格最低，哪家就占領(lǐng)了國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載傳動(dòng)的市場(chǎng)。
　　
    一、淺談節(jié)能
    變頻器這一交流調(diào)速產(chǎn)品本身屬于工業(yè)自動(dòng)控制產(chǎn)品中傳動(dòng)調(diào)速產(chǎn)品的范疇，21世紀(jì)交葉，這一產(chǎn)品被冠上了“節(jié)能產(chǎn)品”、“綠色產(chǎn)品”乃至“綠色節(jié)能產(chǎn)品”等，產(chǎn)品的宣傳在廣告詞方面可謂得到了淋漓盡致的發(fā)揮。
    我們大家都知道：風(fēng)機(jī)、泵類屬于二次方遞減轉(zhuǎn)矩的負(fù)載性質(zhì)，在應(yīng)用變頻器改造時(shí)（包括變頻器的選型，以及EMC這種節(jié)能回報(bào)的還款方式），有兩種常見(jiàn)負(fù)載需要被列為特殊考慮的負(fù)載：羅茨風(fēng)機(jī)和油田二次開(kāi)采時(shí)使用的柱塞泵。對(duì)于二次方遞減轉(zhuǎn)矩的這種性質(zhì)負(fù)載，其流量與負(fù)載的轉(zhuǎn)速成正比變化，壓力（揚(yáng)程）的變化與流量的變化成平方關(guān)系，而其功率的變化則與流量的變化成立方關(guān)系；調(diào)節(jié)負(fù)載大小的各種方式（手段）的能量需求效果比較圖中，變頻器調(diào)節(jié)方式的能量需求最小，其曲線最接近負(fù)載能量需求的理想曲線。在實(shí)際應(yīng)用和節(jié)能分析中，還不能簡(jiǎn)單的依賴流量、壓力（揚(yáng)程）和功率這三者之間的變化關(guān)系，還要考慮到負(fù)載的選型（如鼓風(fēng)機(jī)負(fù)載的1.15倍選型和引風(fēng)機(jī)負(fù)載的1.3倍選型）、負(fù)載的平時(shí)工況、工況的變化趨勢(shì)、負(fù)載變化時(shí)引起的負(fù)載效率和功率因數(shù)等參數(shù)的變化等；節(jié)能分析的結(jié)果往往不是一個(gè)準(zhǔn)確的數(shù)字，只是提供給客戶的一個(gè)參考，準(zhǔn)確的結(jié)果應(yīng)通過(guò)工頻和變頻的對(duì)比測(cè)量結(jié)果得到。
    在通用變頻器銷售初期，對(duì)變頻器的節(jié)能效果還普遍認(rèn)識(shí)不足，在給客戶所做的負(fù)載變頻改造技術(shù)方案中，一般都將變頻調(diào)速后的節(jié)能分析寫進(jìn)去并著重強(qiáng)調(diào)；沒(méi)有幾年的工夫，通用變頻器就被推廣開(kāi)來(lái)。各種現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)在在引進(jìn)變頻器做技術(shù)改造時(shí)，已不太懷疑變頻器是否節(jié)能這一點(diǎn)了，更關(guān)注的是變頻器改造的可行性分析和自動(dòng)控制在技術(shù)方面的如何實(shí)現(xiàn)。變頻器本身就是一種交流傳動(dòng)的調(diào)速產(chǎn)品，其主要功能是進(jìn)行負(fù)載的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)負(fù)載傳動(dòng)的自動(dòng)化控制，至于提高生產(chǎn)的過(guò)程控制水平、提高生產(chǎn)效率、軟啟動(dòng)控制、負(fù)載設(shè)備壽命的延長(zhǎng)以及風(fēng)機(jī)、水泵和壓縮機(jī)類負(fù)載的需求電能的節(jié)省等這些都是應(yīng)用變頻器的結(jié)果，都屬于變頻器應(yīng)用的“副產(chǎn)品”。“節(jié)能”等相關(guān)的詞匯在產(chǎn)品的銷售過(guò)程中是經(jīng)常容易被使用到的一個(gè)詞匯，也成了產(chǎn)品銷售時(shí)側(cè)重的“賣點(diǎn)”之一。國(guó)產(chǎn)高壓變頻器在剛上市的這幾年在某些方面也重復(fù)走著低壓通用變頻器的銷售之路。
    所謂的“節(jié)能”，用一句最簡(jiǎn)單的話說(shuō)就是：“你需要多少，我就給你提供多少！”

　　
    二、HIVERT—Y系列高壓變頻器在東鋼現(xiàn)場(chǎng)的改造
    太鋼集團(tuán)東方鋼鐵有限公司和北京合康億盛科技有限公司武漢分公司在2003年年底簽署了兩臺(tái)6KV 630KW的風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載專用的HIVERT-Y型變頻器的購(gòu)銷合同，用于東鋼動(dòng)力公司1#、2#電爐除塵風(fēng)機(jī)的改造。本項(xiàng)目4月7日正式上馬，4月30日結(jié)束。
　　
    HIVERT—Y系列變頻器簡(jiǎn)介
    HIVERT—Y系列高壓變頻器是風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載專用的高壓變頻器，由北京合康億盛科技有限公司自主開(kāi)發(fā)、研制和生產(chǎn)的多單元串聯(lián)電壓源型高壓變頻調(diào)速裝置，該裝置廣泛適用于城市供水、石油、化工、電力、冶金、水泥和制藥等需要調(diào)速、自動(dòng)控制或軟啟動(dòng)等場(chǎng)合。其主電路連接圖如圖一所示；該裝置為每相5單元結(jié)構(gòu)，其性能有如下特點(diǎn)：
　　
　　電網(wǎng)電壓適應(yīng)范圍廣，能夠滿足＋10％～－20％電壓范圍而滿載運(yùn)行；
　　控制電源雙系統(tǒng)供電，確保產(chǎn)品安全可靠性；
　　全中文真彩液晶觸摸屏顯示，更適合中國(guó)用戶使用習(xí)慣；
　　瞬時(shí)過(guò)電流限制功能（不掉閘功能）；
　　瞬時(shí)停電跟蹤功能；
　　內(nèi)置PID，AVR功能；
　　輸入、輸出接口數(shù)量多，控制方式靈活；
　　標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，便于用戶集中控制；
　　波形完美，功率因數(shù)高；
　　無(wú)須更換用戶普通電動(dòng)機(jī)，也不必降容使用；
　　并可根據(jù)用戶要求做特殊設(shè)計(jì)。
　　

              
　　　圖一 主電路電氣原理圖

    1#、2#電爐除塵風(fēng)機(jī)的變頻改造
    東鋼動(dòng)力公司1#、2#電爐除塵風(fēng)機(jī)的電機(jī)功率均為630KW。以往工頻工作時(shí)，風(fēng)機(jī)檔板始終在全開(kāi)位置，很少進(jìn)行引風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)，只是在啟動(dòng)電機(jī)和正常停機(jī)時(shí)才進(jìn)行檔板的操作；由于煉鋼是一個(gè)周期性很強(qiáng)的工藝過(guò)程，有些工藝過(guò)程只會(huì)產(chǎn)生少量的煙塵，不需要風(fēng)機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行。這種情況的存在必然浪費(fèi)了大量的電能，電量使用情況也是爐前煉鋼作業(yè)班組進(jìn)行成本考核的重要指標(biāo)之一。我們?cè)跂|鋼動(dòng)力公司進(jìn)行的高壓變頻改造受到了該公司上下廣泛一致的認(rèn)可和支持。如何既不污染環(huán)境，又能最大限度地節(jié)約電能呢？我們進(jìn)行的除塵系統(tǒng)高壓變頻改造主要有如下幾方面內(nèi)容：

　　
    首先是主電路方面
    為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，1#、2#系統(tǒng)拖動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)的每臺(tái)HIVERT型高壓變頻器均設(shè)有旁路柜。當(dāng)變頻器需要檢修或出現(xiàn)故障時(shí)能將電機(jī)投入旁路運(yùn)行，以最大限度保證不影響現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)為原則。
    上位通訊方面
    HIVERT型高壓變頻器采用RS485通訊接口。安裝在除塵現(xiàn)場(chǎng)操作室的上位系統(tǒng)有如下功能：?jiǎn)?dòng)、停機(jī)（包括減速停機(jī)和自由停機(jī)）、高壓分?jǐn)?、頻率設(shè)置，變頻器參數(shù)的設(shè)置和運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)視以及變頻器運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視等。
    遠(yuǎn)程給定方面
    我們根據(jù)煉鋼的工藝過(guò)程設(shè)置了五步頻率的遠(yuǎn)程給定，并且每步頻率均有指示，各步頻率之間可直接切換。爐前控制室的操作工可根據(jù)生產(chǎn)的工藝需要自行確定頻率的給定值，現(xiàn)已設(shè)定的五步頻率的給定值分別為：15HZ、20 HZ、25 HZ、35 HZ、50 HZ。
    變頻器的本地操作具有變頻器的所有功能，遠(yuǎn)程啟動(dòng)和現(xiàn)場(chǎng)停機(jī)以及模擬參數(shù)的輸入、輸出等功能在改造時(shí)為客戶預(yù)留，客戶可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要與合康億盛技術(shù)支持部溝通后自行使用。
　　
    1#、2#除塵系統(tǒng)變頻改造后的節(jié)能情況
    為了比較改造后的節(jié)能效果，我們分別將改造前每臺(tái)電機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)的使用電度數(shù)和改造后的每臺(tái)電機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)使用的電度數(shù)記錄下來(lái)；為了使計(jì)量的準(zhǔn)確性，我們?cè)谟涗洉r(shí)選取生產(chǎn)正常運(yùn)行、連續(xù)作業(yè)，且有代表性的時(shí)間段和數(shù)值。
　　表一 我方記錄的每臺(tái)電機(jī)的電度發(fā)生情況
　　

　　 由上表可知，1#電機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)每小時(shí)功耗為
　　 15.98×1800÷48=599.25kw
　　變頻投入后每小時(shí)功耗為
　　 8.83×1800÷48.72=326.23kw
　　節(jié)電率為
　　 （599.25－326.23）÷599.25=45.6％
　　
　　同理，2#電機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)每小時(shí)功耗為
　　 18.29×1800÷48=685.86kw
　　變頻投入后每小時(shí)功耗為
　　 9.6×1800÷48.72=354.68kw
　　節(jié)電率為
　　 （685.86－354.68）÷685.86=48.3％
　　
    由上面計(jì)算結(jié)果可知，兩臺(tái)除塵風(fēng)機(jī)變頻改造后的節(jié)能效果非常明顯，都超過(guò)了45％，并且2#除塵風(fēng)機(jī)的效率比較高，相比而言運(yùn)行在最佳工況點(diǎn)。
    下面我們利用現(xiàn)場(chǎng)記錄的日?qǐng)?bào)表計(jì)算一下設(shè)備的投資回收期情況。

    表二 除塵現(xiàn)場(chǎng)1#、2#電機(jī)總電耗日?qǐng)?bào)表
　　

    表三 峰電、平電、谷電的時(shí)間規(guī)定和相應(yīng)電價(jià)
    　　
　　
    表二中的數(shù)據(jù)為1#和2#除塵系統(tǒng)4月22日截止到5月1日電能的消耗情況。爐前班組電費(fèi)成本是按月進(jìn)行計(jì)算的，但是我們通過(guò)隨機(jī)局部取樣，也能夠大概反應(yīng)出1#和2#除塵系統(tǒng)變頻改造后的節(jié)電情況。由于4月27日中班和夜班進(jìn)行了高壓變頻器的調(diào)試和投運(yùn)，當(dāng)天電能的消耗在進(jìn)行樣本初步計(jì)算時(shí)不宜考慮在內(nèi)，我們做一下22日到26日的工頻消耗和28日到5月1日變頻消耗兩種情況的比較。計(jì)算如下：
　　1#和2#除塵系統(tǒng)工頻運(yùn)行時(shí)每天平均電耗
　?。?3025+10411+13368+13014+12386）÷5＝12441 元
　　1#和2#除塵系統(tǒng)工頻運(yùn)行時(shí)每天平均電耗
　?。?720+7241+7798+7596）÷4＝7589 元
　　相當(dāng)于變頻改造后平均每天節(jié)約電費(fèi)
　　12441－7589＝4852 元
　　節(jié)電率
　　4852÷12441＝39％
　　
    由于總電度表除計(jì)量1#和2#除塵系統(tǒng)電機(jī)電能消耗外，還有其它一些小功率耗電設(shè)備，在做節(jié)電率計(jì)算時(shí)會(huì)和單臺(tái)計(jì)量時(shí)的節(jié)電率計(jì)算有些出入。由于節(jié)電效果明顯，即使以東鋼動(dòng)力公司現(xiàn)場(chǎng)記錄的數(shù)據(jù)為依據(jù)，也能在一年內(nèi)收回這兩臺(tái)變頻設(shè)備的投資。

　　
　　變頻改造后的一些其它數(shù)據(jù)
　　我們先觀察一下表四和表五記錄的一些數(shù)據(jù)。
　　
　　表四 不同頻率下的電機(jī)數(shù)據(jù) 記錄日期：2004—4—28
　　運(yùn)行頻率 輸入電壓 輸入電流 輸入功率 輸出電壓 輸出電流 輸出功率
　　15HZ 6475V 3.22A 18.7KW 2058V 36.52A 15.9 KW
　　20HZ 6432V 4.63A 51.7 KW 2719V 36.39A 50.8 KW
　　25HZ 6447V 7.85A 151.9 KW 3360V 36.11A 150.1 KW
　　35HZ 6460V 16.15A 334.0 KW 4437V 37.82A 331.1 KW
　　50HZ 6465V 47.93A 621.5 KW 6056V 59.71A 614.9 KW
　　
　　
    由表四可以看出，在低頻時(shí)，變頻器的輸入電流和輸入功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工頻運(yùn)行時(shí)的額定值，從事實(shí)數(shù)據(jù)上又一次印證了變頻器的節(jié)能原因和效果。表五的數(shù)據(jù)說(shuō)明，由于變頻改造后電機(jī)的電流和功率大大減??；且由于HIVERT變頻器電壓、電流波形完美，趨于正弦波，諧波分量小，由諧波引起的雜散損耗增加很小，電動(dòng)機(jī)繞組的溫升比末投運(yùn)變頻器時(shí)略有降低。
　　
    表五 變頻改造前后主軸和繞組溫升情況 環(huán)境溫度：25℃
    　　
　　
    結(jié)束語(yǔ)
    由于制造領(lǐng)域存在諸多方面的差異，我國(guó)在民族工業(yè)領(lǐng)域雖然掌握了某些世界高端技術(shù)，我國(guó)的國(guó)產(chǎn)高壓變頻器相比進(jìn)口的國(guó)際知名品牌的高壓（中壓）變頻器產(chǎn)品在性能上還有一定的差距，但針對(duì)傳動(dòng)控制比較簡(jiǎn)單的風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載而言，價(jià)格偏低、針對(duì)中國(guó)使用環(huán)境設(shè)計(jì)和人性化的服務(wù)體系等特點(diǎn)的國(guó)產(chǎn)高壓變頻器具有更廣闊的發(fā)展空間。
　　
　　參考文獻(xiàn)
　　1.《（北京合康億盛科技有限公司）HIVERT系列高壓變頻器技術(shù)手冊(cè)》
　　2.《（太鋼集團(tuán)東鋼動(dòng)力股份有限公司）1#、2#除塵現(xiàn)場(chǎng)變頻改造調(diào)試報(bào)告》