变频调速系统在工业应用中的分析
变频器在冶金及矿山工业应用中的问题分析
变频器在冶金及矿山工业应用中的问题分析【关键词】变频器；冶金及矿山工业；应用问题0.前言冶金及矿山工业，主要是针对矿物资源的开采和金属的冶炼，可以为社会提供发展所需的金属材料和矿物能源等，对于社会经济的发展起着巨大的推动作用。
随着交流变频调速技术的不断发展，交流电机逐渐走向繁荣，相比于直流电机，具备维护方便，使用寿命长，结构坚固，对恶劣环境的适应能力强等优点，因此，变频调速技术逐渐成为电气传动的发展方向。
然而，变频调速自身具备的特殊的运行规律和特点，在冶金及矿山工业的应用中，出现了一些特殊的问题，必须予以重视和解决。
1.变频器概述变频器，是指利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，一般可以分为两大类，即电压型和电流型，电压型可以将电压源的直流变为交流，其直流回路的滤波是电容，而电流型则是将电流源的直流变为交流，其直流回路滤波是电感。
变频器属于可调速驱动系统的一种，可以应用变频驱动技术，改变交流电动机工作电压的频率和幅度，从而实现交流电动机速度及转矩的平滑控制。
在变频器出现之前，对电动机转速的调整需要透过直流电动机才能完成，或者利用内建耦合机的vs电动机，在运转中使用耦合机使电动机的实际转速下降。
变频器简化了上述的工作，缩小了设备体积，大幅度降低了维修率。
但是需要注意的是，变频器的电源线及电动机线上面通常存在高频切换讯号，会造成电磁干扰，而变频器输入侧的功率因素一般不佳，会产生电源端的谐波，需要不断进行研究和改进。
2.变频器在冶金矿山工业中的应用在冶金及矿山工业中，使用的相关设备，如高炉除尘风机、炼钢除尘风机、锅炉给水泵等，通常都是使用交流异步电动机进行驱动的，设备的调速方位较广，对于生产的工艺影响较大，同时对环境的影响也相对较大。
之前，由于受到技术条件的限制，许多钢铁厂的水泵、风机等设备没有装设调速装置，而是直接采用工频供电，通过相应的阀门或风门对水量和风速进行调节，不仅造成了能源的大量浪费，也使得经济效益难以提高。
变频调速节能技术在石化工业中的应用
０ 前 言
石 化行 业 是 国民经 济 的支 柱产 业 ， 时也 是 高 同
能耗 、 高污 染行 业 。在政 府 大力 提倡 、 鼓励 和支 持 企
鼓风 机 、 化 解析 塔 进 料 泵 、 迟 焦 化 溶 剂 泵 、 油 催 延 原 输送泵 、 聚丙 烯挤 压造 粒机 组 、 电锅炉 排粉 风机 等 热
送泵 的变频节 能改造应 用实例 。实践证 明， 应用 电动机变 频调 速技术 ， 不仅 减少 了电动机 、 风机 、 和 阀门等设备 泵 的故 障率 ， 延长其使用寿命 ， 而且节约电能效果显著 ， 而实现 了 电动 机 、 从 风机 、 泵类 设备 的经济 运行 ， 提高 了企业
的经济效益 和社会效 益 ， 推进 了石化企业 的节能降耗 、 降本增效 和可持续性发展 。
Ｋ ｙ ｒ ｓ：ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｃ ｔｏ ｅ ｅ ｇ ｅ ｗｏ ｄ ｒ ｑ ｅ ｃ ｏｎ ｒ ｌ ｎ ｒ ｙ—ｓ ｖ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｐ ｔｏ ｈ ｍ ｉａ ｎ ｕ ｔｙ ａ ｐ ｉａ ｉｎ ａ ｉｇ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｅ ｒ ｃ ｅ ｃ ｌ ｄ ｓ ｒ ｐ ｌ ｔ ｉ ｃ ｏ
Ｗ ａ ｇ Ｘｕ ｆ ｎ ｎ ｅｅ ｇ
Ｊｕｉ ｇＰ ｔ ｌｕ ｎ ｈ ｍｉ ｌ ａｔｒ ，Ｃ ｉａＰ ｔ ｌ ｍ ａ ｄ Ｃ ｅ ｃｌ ｏ ａ ｙ ｉｊ ｎ ｅｒ ｅ ｍ ａ ｄＣ ｅ ｃ ｃｏｙ ｈｎ ｅ ｏｅ ｎ ｈ ｍｉ ｍｐ ｎ ａ ｏ ａＦ ｒ ｕ ａＣ
ａ ｐ ｅ ． Ｐｒ ｃｉ ｅ ｈ ｓ ｐ ｏ ｅ ｈ ｔａ ｐ ｉａ ｉｎ ｆ ｔ ｔｒ ｆｅ ｅ ｃ ｏ ｖ ｒｉｎ ｔ ｃ ｏ ｏ ， ｎ ｔｏ ｌ ｅ ｕｃ ｄ ｔ ｅ ｍ ｏｏ ｓ， ｍ ｌｓ ａ ｔｃ ａ ｒ ｖ ｄ ｔ ａ ｐ ｌｃ ｔｏ ｓ ｏ ｈｅ ｍｏ ｏ ｒ ｑｕ ｎ ｙ ｃ ｎ ｅ ｓｏ ｅ ｈｎ ｌ ｇ ｙ ｏ ｎｙ ｒ ｄ ｅ ｈ ｔ ｒ
变频调速技术在工业锅炉中的应用
器 采 集 汽 包 液 位 传 感 器 的测 量 值 ， 用 内 置 调 节 功 能 自动 对锅 炉 利 冶 金 、化 工 等 行 业 目前 广 泛 使 用 交 流 电 机 拖 动 工 业 锅 炉 风
机 ， 风 量 采 用 挡 板 风 门控 制 阀控 制 ， 种 控 制 方 法 电 耗 高 ， 其 这 电机 温度高 ， 声大 ， 噪 且操 作 环 境 恶 劣 。 随 着 我 国 经 济 不 断 发 展 ， 电 用 量 不 断 扩 大 。 一 些 地 方 由 于 用 电 紧 张 ， 得 不 向一 些 企 业 进 行 限 不 电 ， 调高用电价格 ， 并 已缓 解 用 电需 求 矛 盾 。由于 这 些 限 制措 施 已 造 成一 些 企 业 工 业 成 本 大 幅 上 涨 。 企 业 用 电 中 ， 在 风机 、 泵类 是 消 耗 电 能 的 主 要 负 载 ， 为它 们 的负 荷 变 化 大 而 异 步 电机 的转 速 却 因 不 变 ， 成 了 “ 马 拉 小 车 ” 象 ， 费 了大 量 的 能 源 。为解 决 这 种 造 大 现 浪 现 象 ， 种 节 能 技 术 为之 诞 生 ， 就 是 交 流 变 频 调 速 技术 。 流变 一 这 交 频 调速 技 术 不 仅 调 速 性 能 优越 ， 且 节 能效 果 明显 。 践 证 明 ， 而 实 驱 动 风 机 、 类 的大 中型 笼 式 感 应 电机 ， 果 采 用 变 频 调 速 技 术 ， 泵 如 平 均 可节 能 ４ ％左 右 。 本文 将 以 ６ ０ Ｔ锅 炉 各 类 电机 为 例 来 论 述 变 频 器 在 工业 锅 炉 中 的应 用 ， 说 明其 节 能 效果 。 并
４ 、引风 机 变 频 调 速 （） １ 引风 机 的电 机 参 数 ： 电机 型 号 ： ２ ５ － Ｙ ２Ｓ４ 标 准 号 ：ＢＴ ６ ６ １ ９ Ｊ／９ １— ９ ９
变频调速在钢铁工业中的应用
进行 控制 ， 以达到节能 的 目的。对交 流变频 调速技术在钢铁行业 中的发展情 况与趋势作了分析 。介绍 了交流
变频装 置在钢铁 工业主要工序 中的应用典型 。
关键 词 ： 频 调 速 ； 铁 工 业 ；节 能 变 钢
中图分类号 ： Ｆ Ｔ ３ １２ Ｔ ２ ． １ 文献标识码 ： 文章编号 ：６ ３６ ４ （ ０７ １ － ３ －５ Ｔ ４； Ｍ ０ ． ； Ｍ９ １５ Ａ １７ －５ ０ ２ ０ ） ００ ５０ ０
１ 钢铁 工业流程及 对交流调速 要求
钢 铁工业 是 材料 工业 。钢 铁具 有 良好 的物理
者则 被 称为 短流 程 （ １中 “ 图 直接 还 原 ” 以下 的 流
程） 。两者都是由一系列分厂或车间组成的钢铁
总厂。
和化学性 能 ， 生铁坚 硬 、 如 耐磨 、 造性 能好 ， 生 铸 但 铁 脆 、 能锻 压 ； 不 钢有 较 高 的 机械 强 度 和 韧性 ， 耐 热 、 腐蚀 、 耐 耐磨 、 电磁 性 能 好 ， 易 焊接 加 工 ， 容 可 满 足 多方 面需要 和特 殊性 能要 求 。故钢 铁是 现 代 工 业 中应用 最广 、 发展 最 快 的金 属 材料 ， 也是 国民 经 济建 设 中不可 缺少 的材 料 。 钢铁企 业 大 都 由一 系 列 工 厂 组 成 ， 模 大 。 规
其 主要 原 因如下 ： （ ） 铁 工 业 耗 电量 极 大 ， 求 调 速 的设 备 １钢 要 多， 居各 行业 之 首 。我 国 电工 产 品耗 电约 占全 国
总 发 电量 的 ７ ％ ， ０ 而冶金 系统 年 耗 电量 约 占全 国
包 括采 矿 ， 矿 ； 选 然后 把选 得 的精 矿 烧结 或制 成球 团， 造成 适合 于高 炉所 需块 度 的原料 ， 高炉 炼成 经 生 铁 ； 由转 炉 或 电炉炼 成 钢 ， 成 锭 以后 ， 再 铸 经各
变频调速系统在工业锅炉燃烧过程中的应用
１ 锅炉 控制 系统 的基本要求
１ ． １ 锅炉控 制系统 的基本结构
１ ． ２ 锅炉燃烧 自动控制系统的设计原则
２ ｏ１ ３ 。 １ ３
为 了满 足负荷设备 要求 ，保证锅 炉运行 的经 济性与安 热甚 至爆管 ，引 发重大事故 。因此 ，选用给水 阀对汽包水
锅 炉是人 民生产和 生活 中重要 的供热设 备 ，为机 械 、
锅 炉 控制 系 统是 保 证锅 炉 安全 、稳定 、经济 运行 及
Hale Waihona Puke 化 工 、电 力 、造 纸 、纺织 等 多个 行 业 以及 工业 和 民用 取 减 轻工 作 人员 劳动 强 度 的主要 设 备 ，一 般 由锅炉 本体 、
暖提供 了大量 的热能 。 目前我 国已有 中 、小锅炉 三十余万 Ｐ Ｌ Ｃ、一次 仪表 、电机 、上位机 、 自动与 手动切换 操作 、 台，每年耗煤 量约三亿余 吨 ，是 我 国当今 的耗能 大户 ，锅 执行 机构及 阀等几部分组成 ，锅炉 的温度 、流量 、压力 、
炉在燃 煤过程 中将产生 大量烟雾 ，也对生 态环境造成 了严 转速 、氧量等通 过一次仪表 量转换成 变频器可 以接受 的电
２ ． Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｏ ｖ ｅ ｒ ｓ ｅ ａ ｓ Ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｙ（ ｘ ｉ ’ａ ｎ）Ｃ Ｏ ． ，Ｌ Ｔ Ｄ Ｓ ｈ ａ ａ ｎ ｘ ｉ ｘ ｉ ’ａ ｎ Ｐ ｏ ｓ ｔ Ｃ ｏ ｄ ｅ ７ １ ０ ０ ５ ４ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ ： Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｃ ｏ ｎ ｓ ｕ ｍｐ ｉ ｔ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｐ ｏ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｉ ｎ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌ ｂ ｏ ｉ ｌ ｅ ｒ ｃ ｏ ｍｂ ｕ ｓ ｉ ｔ ｏ ｎ，ｗｅ ｕ ｓ ｅ
变频器在工业领域的应用案例
变频器在工业领域的应用案例随着科技的不断发展，变频器作为一种新兴的电力调速设备，已经被广泛应用于工业领域，取代了传统的机械调速方式。
下面将介绍变频器在工业领域的几个应用案例。
1. 港口起重机港口起重机作为港口的重要设备之一，起着极为重要的作用。
通过应用变频器，可以实现对起重机的精细调控，提高其吊运效率，降低其能耗，节约成本。
目前，变频调速的港口起重机已经成为行业的主流趋势。
例如，广州港拥有的超大型集装箱起重机，就采用了ABB公司生产的变频调速技术，仅用2-3度电即可将20英尺集装箱吊运到39米高空。
2. 矿山输送机矿山输送机作为矿山生产中必不可少的设备之一，承担着矿石或其他物料从采矿现场运输到生产车间的任务。
随着矿山生产的规模不断扩大，传统的机械式传动方式逐渐被淘汰，取而代之的是变频调速技术。
应用变频器可以实现对输送机的精准调控，避免因物料输送速度过快或过慢而导致的不必要的损失，提高生产效率。
例如，山西太钢集团矿山公司应用变频调速技术的输送机，可以节省每年3000万度电。
3. 污水泵站污水泵站是城市污水处理的重要环节。
传统的污水泵站采用的是机械式调速，由于污水量的不同导致泵的出水量不可避免地产生浪费或者不足。
应用变频器可以根据污水量进行精确调控，不仅可以有效避免功率浪费，还可以延长泵的使用寿命。
例如，南京市浦口污水处理厂应用Yaskawa公司的变频器后，节能效果显著，年节省电费约60万元。
4. 空调系统随着人们生活水平的提高，空调系统的应用越来越广泛。
在空调系统中，变频器的应用不仅可以降低空调的噪声、延长空调寿命，还可以大幅节约电费。
例如，近年来广泛应用的变频空调，可以实现节约30%-50%的用电量。
总的来说，变频器作为一种新型的电力调速设备，其应用已经被广泛推广，成为工业领域提升效率、降低成本的重要手段。
相信在不久的将来，随着技术的不断革新，变频器在工业领域的应用领域还将不断扩大和提高。
变频调速在工业生产中的应用
二 、 长设 备 的使 用 周 期 延
节约了能源和人工操作， 但存在不能满足生产要求的问题 。 最理想
的控制方式应该是主运行泵上变频 ，而另一台备泵应采用工频直 由于变频调速在启动过程 中，控制电机 由低速 向高速平稳 接启动 ， 如果循环水泵拖 动功率超过 ７ ｋ 直接启动方式最好加 ５ Ｗ， 过度 ， 不仅避开 了直接启动对电机 和泵体轴承、 转子和润滑的瞬 电机软启动设备。原因是 ： 正常的工况条件下， 都是主泵运行 ， 备泵 间冲击 ， 也避开 了瞬间启 动电流过大对 电机绕组绝缘 的破坏 ， 从 停运 ， 但随时具备 自动起车条件。主泵采用变频控制 ， 可以通过一 而延长 了设 备使用周期 。 特别是在频繁启动 的设 备上更加 明显 。 次仪表包括压力 、 流量变送器等采集来的信号 （ 最好是电流信号 ，
周期 ， 也降低 了设备维修 成本 。
一
旦主泵出现电气或机械故障 ， 造成主泵停 机， 管线压力或流量瞬
现在大型机组 和关键设备应用变频调速时 ，用 户往往都采 间为零 ， 备泵在变频控制状态下 自动起车 ， 由于变频设备控制电机
Ｔ ｅＡ ｐｉ ｔ ｎｏ ｄｕ ｔｂ — ｐ ｅ ｒｑ ｅ ｃ ｏ ｖ ｒｉｎｉ ｈ ｐ ｌａｉ ｆ ｊｓ ｌ ｓ ｅ ｄＦｅ ｕ ｎ ｙＣ ｎ ｅｓ ｃ ｏ Ａ ａ ｅ ｏ ｎ
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基于PLC控制的变频调速在工业控制系统中的应用
工 作方 式 是恒 定 的。如果 小区 的用 水总 量 多而供 水 总量少 ， 么水 那
２ Ｐ Ｃ 控 制 的 变 频 调 速 在 工 业 控 制 系统 中 的 应 用 Ｌ
２ １ ＰＬ ． Ｃ控 制的 变频 调速 技 术在桥 式起 重机 中的应 用
泵 的输 出水 的压 力 就小 ； 果 小区 的用 水 总量 少而 供 水总 量 多 ， 如 那 么水 泵输 出水 的压 力就 大 。由此可 见 ， 水泵 输 出水 的压 力与 小 区的
制变 频器 。
者操 作 不 当而 导致 电机 损 坏 ；同 时通过 变 频器 控 制 实现 了 电机 速 度 可调 ， 最大 好处 就是 节约 了电能 。
图 ２ 主 起 升 机 构 ＰＬ Ｃ和 变 频 器控 制 原 理 图
２２ Ｐ Ｃ控 制 的变频 调速 技术 在恒 压供 水 中的 应用 ． Ｌ
城 市 小区 生活 的供 水 系统 对 居 民 日常生 活用 水 至 关重 要 。居 民 的用水 总 量是 经 常变 化 的 ，所 以有 时候就 会 出现 供 水量 不 足和 供 水量 过 剩 的问题 。 水 系统 的核 心设 备就 是水 泵 ， 供 而传 统水 泵 的
图 １ Ｐ Ｃ 控 制 系统 结 构 图 Ｌ
பைடு நூலகம்
的发展 前景进行了论述分析 ， 明了 Ｐ Ｃ变频控制 技术确 实具有很好 的社会效益。 说 Ｌ
关键词 ： Ｌ 变频控制技术； Ｐ Ｃ： 工业控制系统 ； 调速
１ 对 Ｐ Ｃ 变 频 控 制 技 术 的 概 述 Ｌ
Ｐ Ｃ（ｒｇａ ｍａｌＬ ｇ ｏｔ ｌｒ， 身 是指 可 编 程 逻 辑 控 Ｌ Ｐｏｒ ｍ ｂ ｏｉ Ｃ ｎｒ ｌ ） 本 ｅ ｃ ｏｅ 制器 。 是工 业控 制 的核心 部 分 。Ｌ 中主要 包含 Ｃ Ｕ、 程 设备 、 ＰＣ Ｐ 编 输 入模 块和 输 出模块 。Ｃ Ｕ 的 主要 作用 是通 过 采集 到 的信 号 来对 用 Ｐ 户指 令 的处理 ， Ｐ Ｃ的 中央 处理 器 。 是 Ｌ 编程 器 是对 控制 设备 程序 进 行编 辑 的设 备 ， 且用 户 能够 通过 编 程器 来对 程 序进 行检 查、 视 而 监 和修 改 。 些 设备 中输入 、 出模 块 （ Ｏ模 块） 有 输 Ｉ ／ 的数 量不 定 ， 主要 通 过 Ｃ Ｕ 的 容量 来决 定 。输 入模 块 和输 出模块 的主 要 功能 ： 户 通 Ｐ 用 过输 入 模块 向 Ｐ Ｃ输 入 数字 或者 模拟 信 号 ， 后 Ｃ Ｕ将 此 信号 处 Ｌ 然 Ｐ 理后 通过 输 出模 块来 输 出控制 信 号 ， 而实 现对 设备 的控 制 。 从 运 用 Ｐ Ｃ来 进行 工业 控制 ， 便用 户对 工业 设 备运 转 的控 制 。 Ｌ 方 如 图 １ 示 ，Ｌ 所 Ｐ Ｃ控制 的变 频 器就 是 Ｐ Ｃ变 频 技术 的机 器化 形 式 ， Ｌ Ｐ Ｃ控 制 的变 频器 已被广 泛 应用 于 自动 设 备行 业 中 。它用 软件 代 Ｌ 替 了先 前 的 继 电器 ， 启 动器 、 软 使触 点 间 的接 触 减少 ， 这样 的方 式 能够 提 高控 制系 统 的安全 性和 稳 定性 。在 Ｐ Ｃ变频 器 中可 以利 用 Ｌ Ｐ Ｃ 的模 拟 量 输 出模 块 来 控 制 变频 器 ，Ｌ Ｌ Ｐ Ｃ也 可 以通 过 ４ ５ 信 ８通 接 口控 制变 频 器 ，还 可 以利用 Ｐ Ｃ 的开 关 量输 入 ／ 出模 块来 控 Ｌ 输
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书山有路勤为径；学海无涯苦作舟
变频调速系统在工业应用中的分析
一、变频调速系统的效率分析
（一）变频器的效率与损耗
变频器效率是指其本身变换效率。
就变频器的两种形式而言：交—直变
频器尽管效率较高，但调频范围受到限制，应用受到限制，目前通用的变
频器主要是交—直—交型。
其变频器的损耗由三部分组成，整流损耗约占41%，逆变损耗约占50%，控制回路损耗占10%。
前两项损耗是随着变频器的容量、负荷、拓扑结构的不同而变化，而控制回路损耗不随变频器容量、负荷而变化。
变频器采用大功率自关断开关器件等现代电力电子技术，其
整流损耗、逆变损耗等都比传统电子技术中整流损耗量小，变频器在额定
状态运行时，其效率为86.4%～96%，并随着变频器功率增大而提高。
（二）变频调速后电机效率的变化
变频调速后，电机的各种损耗和效率均有所变化。
根据电机学理论，电
机的损耗可分为铁心损耗、轴承摩擦损耗、风阻损耗、定子绕组铜耗、转
子绕组铜耗、杂散损耗等。
铁心中的磁滞损耗表达式为：
专注下一代成长，为了孩子。