變頻器技術是當今公認的節能效果顯著的傳動技術，目前在這個領域內國內市場基本上是被國外產品所占領。本應用報告有兩點是引人注意的。1：大膽選用國內品牌產品，用戶既節省了設備投資，又支持了民族工業的發展壯大。2：本應用報告既有一般性概述分析，又有詳細的數據記錄與對比，令讀者對其使用效果一目了然確信不疑，達到了典型應用的范例作用。

    寫作心得：
    作為以工藝控制為最初目的的變頻調速裝置應用而言，由于變頻調速在調速范圍、調速精度、控制靈活、功率因數、工作效率、使用方便等方面等優點，使變頻調速成為最有發展前途的一種交流調速方式。然而對于在我國97年之后迅猛發展起來的國產高壓變頻器產業，由于我國制造業基礎平臺還很弱，以及有些生產廠家急于求成，在上個世紀末某些國產高壓變頻器品牌運行得不是很穩定，給整個國產高壓變頻器制造行業帶來些許負面影響，雖然所有的廠家勵精圖治，在產品的質量上、可靠性、控制功能上等等在做出不懈的努力，目前仍然沒有得到廣大用戶的全面肯定。作為一名多年從事現場服務的技術人員，我認為有責任和有義務為我國的國產高壓變頻器制造行業的發展奉獻自己的青春和力量。
　　
    摘要：本文著重從太鋼集團東鋼動力股份有限公司電爐冶煉車間布帶除塵風機變頻改造后的節能效果上做詳細闡述。在能源危機日趨緊張的2004年，鋼鐵企業節能降耗是鋼鐵企業發展的一個重要方向。
    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.
    關鍵詞：節能 發展
    Keywords: Energy-saving Development

　　
    前言
    在上個世紀八十年代末，交流變頻調速逐漸登上了工業傳動調速方式的歷史舞臺，并演變到日趨取代直流調速方式傳動的程度。尤其是矢量控制和直接轉矩控制技術在通用變頻器中的運用，以及政府部門在“十五”節能規劃中目標的提出，都加速了通用變頻器和國外大功率高壓變頻器在我國各行各業的使用規模和改造力度。在2003年，僅北京一家專業代理國外自動化產品的公司富士通用變頻器產品一項的銷售額就超過了2個多億。我國變頻器研發、生產的起步比較晚，尤其大功率高壓變頻器的研制工作在上個世紀九十年代中期以前還是個空白。直到上個世紀末，我國自主知識產權的國產高壓變頻器樣機陸續在各地試運行，但由于民營企業項目運作資金不足——許多關鍵器件采用了國內性能不高的產品以及我國國內還不具備高水準的產品試驗平臺系統和環境，造成了國產高壓變頻器剛上市頭兩年就遭遇了運行不穩定甚至模塊爆炸的慘敗。由于高壓變頻器的開發和研制是一種耗資巨大的項目，在這個領域不會形成象低壓通用變頻器領域那樣百家爭鳴的局面；哪家公司的產品能夠穩定運行，有擴大再生產的資金即產品的產業化發展，并且價格最低，哪家就占領了國內風機、泵類負載傳動的市場。
　　
    一、淺談節能
    變頻器這一交流調速產品本身屬于工業自動控制產品中傳動調速產品的范疇，21世紀交葉，這一產品被冠上了“節能產品”、“綠色產品”乃至“綠色節能產品”等，產品的宣傳在廣告詞方面可謂得到了淋漓盡致的發揮。
    我們大家都知道：風機、泵類屬于二次方遞減轉矩的負載性質，在應用變頻器改造時（包括變頻器的選型，以及EMC這種節能回報的還款方式），有兩種常見負載需要被列為特殊考慮的負載：羅茨風機和油田二次開采時使用的柱塞泵。對于二次方遞減轉矩的這種性質負載，其流量與負載的轉速成正比變化，壓力（揚程）的變化與流量的變化成平方關系，而其功率的變化則與流量的變化成立方關系；調節負載大小的各種方式（手段）的能量需求效果比較圖中，變頻器調節方式的能量需求最小，其曲線最接近負載能量需求的理想曲線。在實際應用和節能分析中，還不能簡單的依賴流量、壓力（揚程）和功率這三者之間的變化關系，還要考慮到負載的選型（如鼓風機負載的1.15倍選型和引風機負載的1.3倍選型）、負載的平時工況、工況的變化趨勢、負載變化時引起的負載效率和功率因數等參數的變化等；節能分析的結果往往不是一個準確的數字，只是提供給客戶的一個參考，準確的結果應通過工頻和變頻的對比測量結果得到。
    在通用變頻器銷售初期，對變頻器的節能效果還普遍認識不足，在給客戶所做的負載變頻改造技術方案中，一般都將變頻調速后的節能分析寫進去并著重強調；沒有幾年的工夫，通用變頻器就被推廣開來。各種現場現在在引進變頻器做技術改造時，已不太懷疑變頻器是否節能這一點了，更關注的是變頻器改造的可行性分析和自動控制在技術方面的如何實現。變頻器本身就是一種交流傳動的調速產品，其主要功能是進行負載的轉速調節，實現負載傳動的自動化控制，至于提高生產的過程控制水平、提高生產效率、軟啟動控制、負載設備壽命的延長以及風機、水泵和壓縮機類負載的需求電能的節省等這些都是應用變頻器的結果，都屬于變頻器應用的“副產品”。“節能”等相關的詞匯在產品的銷售過程中是經常容易被使用到的一個詞匯，也成了產品銷售時側重的“賣點”之一。國產高壓變頻器在剛上市的這幾年在某些方面也重復走著低壓通用變頻器的銷售之路。
    所謂的“節能”，用一句最簡單的話說就是：“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場的改造
    太鋼集團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6KV 630KW的風機、泵類負載專用的HIVERT-Y型變頻器的購銷合同，用于東鋼動力公司1#、2#電爐除塵風機的改造。本項目4月7日正式上馬，4月30日結束。
　　
    HIVERT—Y系列變頻器簡介
    HIVERT—Y系列高壓變頻器是風機、泵類負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發、研制和生產的多單元串聯電壓源型高壓變頻調速裝置，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速、自動控制或軟啟動等場合。其主電路連接圖如圖一所示；該裝置為每相5單元結構，其性能有如下特點：
　　
　　電網電壓適應范圍廣，能夠滿足＋10％～－20％電壓范圍而滿載運行；
　　控制電源雙系統供電，確保產品安全可靠性；
　　全中文真彩液晶觸摸屏顯示，更適合中國用戶使用習慣；
　　瞬時過電流限制功能（不掉閘功能）；
　　瞬時停電跟蹤功能；
　　內置PID，AVR功能；
　　輸入、輸出接口數量多，控制方式靈活；
　　標準通信協議，便于用戶集中控制；
　　波形完美，功率因數高；
　　無須更換用戶普通電動機，也不必降容使用；
　　并可根據用戶要求做特殊設計。
　　

              
　　　圖一 主電路電氣原理圖

    1#、2#電爐除塵風機的變頻改造
    東鋼動力公司1#、2#電爐除塵風機的電機功率均為630KW。以往工頻工作時，風機檔板始終在全開位置，很少進行引風機風量的調節，只是在啟動電機和正常停機時才進行檔板的操作；由于煉鋼是一個周期性很強的工藝過程，有些工藝過程只會產生少量的煙塵，不需要風機滿負荷運行。這種情況的存在必然浪費了大量的電能，電量使用情況也是爐前煉鋼作業班組進行成本考核的重要指標之一。我們在東鋼動力公司進行的高壓變頻改造受到了該公司上下廣泛一致的認可和支持。如何既不污染環境，又能最大限度地節約電能呢？我們進行的除塵系統高壓變頻改造主要有如下幾方面內容：

　　
    首先是主電路方面
    為了充分保證系統的可靠性，1#、2#系統拖動除塵風機電機的每臺HIVERT型高壓變頻器均設有旁路柜。當變頻器需要檢修或出現故障時能將電機投入旁路運行，以最大限度保證不影響現場生產為原則。
    上位通訊方面
    HIVERT型高壓變頻器采用RS485通訊接口。安裝在除塵現場操作室的上位系統有如下功能：啟動、停機（包括減速停機和自由停機）、高壓分斷、頻率設置，變頻器參數的設置和運行參數的實時監視以及變頻器運行狀態的監視等。
    遠程給定方面
    我們根據煉鋼的工藝過程設置了五步頻率的遠程給定，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生產的工藝需要自行確定頻率的給定值，現已設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，遠程啟動和現場停機以及模擬參數的輸入、輸出等功能在改造時為客戶預留，客戶可根據生產實際需要與合康億盛技術支持部溝通后自行使用。
　　
    1#、2#除塵系統變頻改造后的節能情況
    為了比較改造后的節能效果，我們分別將改造前每臺電機工頻運行時的使用電度數和改造后的每臺電機變頻運行時使用的電度數記錄下來；為了使計量的準確性，我們在記錄時選取生產正常運行、連續作業，且有代表性的時間段和數值。
　　表一 我方記錄的每臺電機的電度發生情況
　　

　　 由上表可知，1#電機工頻運行時每小時功耗為
　　 15.98×1800÷48=599.25kw
　　變頻投入后每小時功耗為
　　 8.83×1800÷48.72=326.23kw
　　節電率為
　　 （599.25－326.23）÷599.25=45.6％
　　
　　同理，2#電機工頻運行時每小時功耗為
　　 18.29×1800÷48=685.86kw
　　變頻投入后每小時功耗為
　　 9.6×1800÷48.72=354.68kw
　　節電率為
　　 （685.86－354.68）÷685.86=48.3％
　　
    由上面計算結果可知，兩臺除塵風機變頻改造后的節能效果非常明顯，都超過了45％，并且2#除塵風機的效率比較高，相比而言運行在最佳工況點。
    下面我們利用現場記錄的日報表計算一下設備的投資回收期情況。

    表二 除塵現場1#、2#電機總電耗日報表
　　

    表三 峰電、平電、谷電的時間規定和相應電價
    　　
　　
    表二中的數據為1#和2#除塵系統4月22日截止到5月1日電能的消耗情況。爐前班組電費成本是按月進行計算的，但是我們通過隨機局部取樣，也能夠大概反應出1#和2#除塵系統變頻改造后的節電情況。由于4月27日中班和夜班進行了高壓變頻器的調試和投運，當天電能的消耗在進行樣本初步計算時不宜考慮在內，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。計算如下：
　　1#和2#除塵系統工頻運行時每天平均電耗
　　（13025+10411+13368+13014+12386）÷5＝12441 元
　　1#和2#除塵系統工頻運行時每天平均電耗
　　（7720+7241+7798+7596）÷4＝7589 元
　　相當于變頻改造后平均每天節約電費
　　12441－7589＝4852 元
　　節電率
　　4852÷12441＝39％
　　
    由于總電度表除計量1#和2#除塵系統電機電能消耗外，還有其它一些小功率耗電設備，在做節電率計算時會和單臺計量時的節電率計算有些出入。由于節電效果明顯，即使以東鋼動力公司現場記錄的數據為依據，也能在一年內收回這兩臺變頻設備的投資。

　　
　　變頻改造后的一些其它數據
　　我們先觀察一下表四和表五記錄的一些數據。
　　
　　表四 不同頻率下的電機數據 記錄日期：2004—4—28
　　運行頻率 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，變頻器的輸入電流和輸入功率遠遠小于工頻運行時的額定值，從事實數據上又一次印證了變頻器的節能原因和效果。表五的數據說明，由于變頻改造后電機的電流和功率大大減小；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，電動機繞組的溫升比末投運變頻器時略有降低。
　　
    表五 變頻改造前后主軸和繞組溫升情況 環境溫度：25℃
    　　
　　
    結束語
    由于制造領域存在諸多方面的差異，我國在民族工業領域雖然掌握了某些世界高端技術，我國的國產高壓變頻器相比進口的國際知名品牌的高壓（中壓）變頻器產品在性能上還有一定的差距，但針對傳動控制比較簡單的風機、泵類負載而言，價格偏低、針對中國使用環境設計和人性化的服務體系等特點的國產高壓變頻器具有更廣闊的發展空間。
　　
　　參考文獻
　　1.《（北京合康億盛科技有限公司）HIVERT系列高壓變頻器技術手冊》
　　2.《（太鋼集團東鋼動力股份有限公司）1#、2#除塵現場變頻改造調試報告》