近年來，交流變頻調速技術在各行業的應用發展迅速，由于變頻調速在調速范圍、動態響應、低頻轉矩、功率因數、效率等方面是以往的交流調速方式無法比擬的，并且在節約能源、提高經濟效益等方面都發揮了巨大作用，所以它的應用越來越廣泛。

轉爐煉鋼具有顯著的周期性和連續性特點，生產一爐鋼需要30-45min，其中供氧（吹煉）過程為15-20min，一半以上為非吹煉時間，此時風機沒有必要高速運行，如將其切換至低速節能狀態，可節省大量能源，同時減少設備損耗，對提高設備利用率也十分有益。目前國內轉爐一次除塵風機多采用液力耦合器，但由于存在轉差損耗等，節能效果不理想，且設備故障率較高。交流變頻技術不僅調速平滑，調速范圍大，效率高，啟動電流小，運行平穩，而且節能效果好，對風機、泵類設備而言是最佳的節能手段，平均節能效果可以達到30%以上。但是在高電壓大功率電機上尚未得到較多推廣。究其原因，主要有二：一是大功率電動機供電電壓高(3～10kV)，而目前變頻器開關器件的耐壓水平較低，造成電壓匹配上的難題；二是高壓大容量變頻調速裝置技術含量高、維護難度大、造價高，而所驅動的負載多數情況下是直接關系到生產、生活的重要設備，大多數用戶對它的性能和可靠性心存疑慮，不敢大膽采用。

宣鋼煉鋼廠通過對多家單位實際應用效果的多方考察，選用了西門子SIMOVERTMV中壓變頻器。

系統結構及特點

西門子SIMOVERTMV中壓變頻頻器擁有以下顯著特點：

（1）SIMOVERTMV系列變頻器采用傳統的交—直—交變頻器結構，整流部分采用12脈沖二極管整流器，逆變部分采用三電平PWM逆變器。該系列變頻器采用傳統的電壓型變頻器結構，通過采用耐壓較高的HV—IGBT模塊，使得串聯器件數減少為12個，隨著元件數量的減少，成本降低，方案變得簡潔，有助于提高可靠性。良好的輸入輸出波形；滿足IEEE-519標準，效率高，使用簡單，便于維護，采用高性能的矢量控制技術，提供低速高轉矩輸出和良好的動態特性，同時具備較強的過載能力。

（2）SIMOVERTMV系列變頻器的逆變部分采用三電平方式，其輸出側需要配置輸出濾波器，以獲得具有低諧波分量的基本正弦電流特性以及較佳的轉矩特性，同時電機的損耗可以降到最低。另外HV—IGBT優點是每次通斷電的瞬間電流和電壓可以完全控制，dv/dt可以調節，從而減輕對電機絕緣的損壞。

（3）系統提供多種控制模式，包括線性V/F控制，平方V/F控制，可編程多點設定V/F控制，磁通電流控制，無測速傳感器矢量控制，閉環矢量控制等。通過速度反饋選板可構成帶反饋的矢量控制閉環，從而可大大提高除塵系統的控制精度和穩定性。

（4）當變頻器工作于限流狀態時，不受輸出短路的影響，這就避免了當發生電機或電纜短路等故障時，造成變頻器功率元件的損壞。

（5）高性能及成熟的全數字化SIMADYND控制系統可用作開環控制和閉環控制平臺，它具有靈活的標準軟件，速度極快的全數字化32位信號處理器，便于操控和觀測的良好用戶界面，本地診斷程序以及通過調制解調器的遠程診斷功能。SIMVOERTMV模塊化設計不僅使系統結構十分緊湊，而且也增強了系統的維修便利性，因而提高了系統的可利用率。在設備運行的情況下風扇在半小時內可完成更換。不必使用特殊工具，只需5min就可完成IGBT功率模塊的更換工作，光纖觸發裝置UEL采用可插式結構。SIMADYND控制板以及供選用的調制解調器接口卡也都是插入式的。模塊錯誤信息的時序記憶功能可迅速排除整個傳動系統的故障，例如：斷路器、電網欠電壓或過電壓、變壓器監測、風扇故障、電機監測，IGBT監測、直流環節電壓、接地故障監測、輔助電壓監測等。

（6）該變頻器具有強大的通信功能，在風機除塵工藝系統中，爐前工藝吹煉狀態識別可通過PLC方便實現。由于采用了現場總線技術，該變頻器與上位PLC系統之間只需通過Profibus通信模塊和一根通信電纜實現聯結，減少了操作臺及控制臺之間大量的電纜連接及因此帶來的諸多問題。

工藝特點

煉鋼的工藝過程以及風機特性是我們選擇中壓變頻器的主要原因。

煉鋼廠氧氣頂吹轉爐在吹煉過程中產生大量的煙氣，用風機抽取煙氣經一文、二文水過濾除塵。大部分國內廠家的除塵風機采用液力耦合器調速，雖降低了電能消耗，但節能效果不佳；如果采用中壓變頻調速，通過網絡通信，及時判斷爐前吹煉狀態，進而改變風機轉速來調節輸出風量，這不但方便有效，還可節省大量的電能。

從風機的工作特性來看，調速控制與風門控制調節風量比較，有著更高的節能效果，通過圖1風機的特性曲線可以說明其節能原理。圖中，曲線1為風機在恒速(n1)下的風壓-風量(H-Q)特性，曲線2為管網風阻特性（風門開度全開）。設工作點為A，輸出風量Q1為100%，此時風機軸功率N1與Q1H1的乘積，即和AH1OQ1所包圍的面積成正比。

根據工藝要求，風量需從Q1降至Q2，有兩種控制方法：一是風門控制，風機轉速不變，調節風門（開度減小），即增加管網阻力，使管網阻力特性變為曲線3，系統工作點由A移到B。由圖1可見，風壓反而增加，軸功率N2與面積BH2OQ2成正比，減少不多。

圖1 風機的特性曲線
另一種是調速控制，風機轉速由n1降到n2，根據風機參數的的比例定律，畫出在轉速n2下的風壓-風量（H-Q）特性，如曲線4，工作點由原來的A點移到C點。可見在相同風量Q2的情況下，風壓H3大幅度降低，功率N3與面積CH3OQ2成正比，顯著減少，節省的功率損耗ΔN與Q2ΔH的乘積成正比，節能效果是十分明顯的。

由流體力學可知，風量與轉速的一次方成正比，風壓與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的三次方成正比。當風量減少，風機轉速下降時，其消耗的功率降低很多。例如，風量下降到80%，轉速也下降到80%，軸功率將下降到額定功率的51.2%。如果風量下降到50%，其軸功率將下降到額定功率的12.5%。考慮到附加控制裝置效率的影響，這個節電效果也是很可觀的。

系統調試過程中的問題

風機在起動過程中，其阻力矩隨著轉速的上升而迅速上升。當起動完畢后，阻力矩達（0.6-0.9）Me，而轉爐風機起動初期，由于滑動軸承中的油膜尚未形成，呈現的靜摩擦阻力矩較動摩擦阻力矩大的情況，并且在運行環境中，CO等氣體殘污粘結，也影響到電動機的起動轉矩。由于風機是單吸雙支撐結構，啟動時軸向力較大，在短時間內風機很難快速啟動，有時過流30%可持續10s以上，因此，時常造成變頻器過負荷保護性停機。針對這一狀況，筆者做了以下調整：