6ES7216-2AD23-0XB8常备现货

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一、概述

　　随着交流变频调速技术在各行业的应用发展迅速，变频调速在频率范围、动态响应、低频转矩、功率因数、工作效率等方面是以往的交流调速方式无法比拟的，并且在节约能源、tigao经济效益等方面发挥了巨大作用。

　　转炉炼钢具有显著的的周期性和连续性特点，生产一炉钢需要30-45min，其中供氧（吹炼）过程为15-20min，一半以上为非吹炼时间，此时风机没有必要高速运行，如将其切换至低速节能状态，可节省大量能源，同时减少设备损耗，对tigao设备利用率也十分有益。目前国内转炉一次除尘多采用液力耦合器，但由于存在转差损耗等，节能效果不理想，且设备故障率较高。交流变频技术是电气传动技术发展的必然趋势，它不仅调速曲线平滑，调速范围广，效益高，启动电流小，运行平稳，而且节能效果好，对风机、泵类设备而言是佳的节能手段，平均节能效果可以达到30%以上。但是在大功率电机上尚未得到推广。究其原因，主要有二：一是大功率电动机供电电压高（3～10 kV），而目前变频器开关器件的耐压水平较低，造成电压匹配上的难题;二是高压大容量变频调速装置技术含量高、维护难度大、造价高，而负载多数情况下都是直接关系生产、生活的重要设备，大多数用户对它的性能和可靠性心存疑虑，不敢大胆采用。

　　我厂通过对多家单位实际应用效果的多方考察，选用了西门子Simovert MV中压变频器。

二、系统结构及特点

　　西门子SIMOVERT MV中压变频频器拥有以下显著特点:

　　（1）、SIMOVERT MV系列变频器采用传统的交—直—交变频器结构，整流部分采用12脉冲二极管整流器，逆变部分采用三电平PWM逆变器。该系列变频器采用传统的电压型变频器结构，通过采用耐压较高的HV—IGBT模块，使得串联器件数减少为12个，随着元件数量的减少，成本降低，方案变得简洁，有助于tigao可靠性。良好的输入输出波形;满足IEEE-519标准，效率高，使用简单，便于维护，采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备较强的过载能力。

　　（2）、SIMOVERT MV系列变频器的逆变部分采用传统的三电平方式，所以不可避免地会产生比较大的谐波分量，这是三电平逆变方式所固有的。因此SIMOVERT MV系列变频器的输出侧需要配置输出滤波器，以获得具有低谐波分量的基本正弦电流特性以及较佳的转矩特性，同时电机的损耗可以降到低。另外HV—IGBT优点是每次通断电的瞬间电流和电压可以完全控制，dV/dt可以调节，从而减轻对电机绝缘的损坏。

　　（3）、系统提供多种控制模式，包括线性V/F控制，平方V/F控制，可编程多点设定V/F控制，磁通电流控制，无测速矢量控制，闭环矢量控制等。通过速度反馈选板可构成带反馈的矢量控制闭环，从而可大大tigao除尘系统的控制精度和稳定性。

　　（4）、当该变频器工作于限流状态时，不受输出短路的影响，这就避免了当发生电机或电缆短路等故障时，造成变频器功率元件损坏的现象。

　　（5）、高性能及成熟的全数字化SIMADYN D控制系统可用作开环控制和闭环控制平台，它具有灵活的标准软件，速度极快的全数字化32位信号处理器，便于操控和观测的良好用户界面，本地诊断程序以及通过调制解调器的远程诊断功能。SIMVOERT MV模块化设计不仅使系统结构十分紧凑，而且也增强了系统的维修便利性，因而tigao了系统的可利用率:运行的情况下风扇在半小时内完成更换。不必使用特殊工具，只需5min完成IGBT功率模块的更换工作，光纤触发装置UEL采用可插式结构。SIMADYND控制板以及供选用的调制解调器接口卡也都是插入式。模块错误信息的时序记忆功能可迅速排除整个传动系统的故障，例如:断路器、电网欠电压或过电压、变压器监测、风扇故障、电机监测，IGBT监测、直流环节电压、接地故障监测、辅助电压监测。

　　（6）、该变频器具有强大的通信功能，在风机除尘工艺系统中，炉前工艺吹炼状态识别可通过PLC方便实现。由于采用了现场总线技术，该变频器与上位PLC系统之间只需通过Profibus通信模块和一根通信电缆实现联结，减少了操作台及控制台之间大量的电缆连接及因此带来的诸多问题。

三、工艺特点

　　炼钢的工艺过程以及风机特性是我们选择中压变频器的主要原因。

　　炼钢厂氧气顶吹转炉，在吹炼过程中产生大量的烟气，用风机抽取烟气经一文、二文水过滤除尘。大部分国内厂家采用液力耦合器，降低电能消耗，但效果不佳;如果采用中压变频调速，通过网络通信，及时判断炉前吹炼状态，进而改变风机转速来调节输出风量，这不但方便有效，还可节省大量的电能。

　　从风机的工作特性来看，调速控制与风门控制调节风量比较，有着更高的节能效果，通过图1风机的特性曲线可以说明其节能原理。图中，曲线1为风机在恒速（n1）下的风压-风量（H-Q）特性，曲线2为管网风阻特性（风门开度全开）。设工作点为A，输出风量Q1为，此时风机轴功率N1与Q1H1的乘积面积AH1OQ1成正比。

　　根据工艺要求，风量需从Q1降至Q2，有两种控制方法：一是风门控制，风机转速不变，调节风门（开度减小），即增加管网阻力，使管网阻力特性变为曲线3，系统工作点由A移到B。由图可见，风压反而增加，轴功率N2与面积BH2OQ2成正比，减少不多。

图1 风机的特性曲线

　　另一种是调速控制，风机转速由n1降到n2，根据风机参数的的比例定律，画出在转速n2下的风压-风量（H-Q）特性，如曲线4，工作点由原来的A点移到C点。可见在相同风量Q2的情况下，风压H3大幅度降低，功率N3与面积CH3OQ2成正比，显著减少，节省的功率损耗ΔN与Q2ΔH的乘积面积成正比，节能效果是十分明显的。

　　由流体力学可知，风量与转速的一次方成正比，风压与转速的平方成正比，轴功率与转速的三次方成正比。当风量减少，风机转速下降时，其功率低很多。例如，风量下降到80%，转速也下降到80%，轴功率将下降到额定功率的51%。如果风量下降到50%，功率将下降到额定功率的12.5%。考虑到附加控制装置效率的影响，这个节电效果也是很可观的。

四、系统调试过程中的问题

　　风机在起动过程中，其阻力矩随着转速的上升而迅速上升的。当起动完毕后，阻力矩达（0.6～0.9）Me，而转炉风机起动初期，由于滑动轴承中的油膜尚未形成，呈现的静摩擦阻力矩较动摩擦阻力矩大，并且运行环境中，CO等气体残污粘结，也影响了电动机的起动转矩。由于风机是单吸双支撑结构，启动时轴向力较大，在短时间内风机很难快速启动，有时过流30%可持续10s以上，因此时常造成变频器过负荷保护性停机。针对这一状况，我们做了以下调整：

　　（1）、增加启动时间，减少启动负荷。启机一般都在转炉吹炼之前，此时管路内的空气为冷态（冷态空气密度比热态空气密度要大），达到相同出口风量时，势必会多做功，系统负荷加重。为减少风量，我们将机前调节阀开度打到允许范围内的小程度，约10°，转炉二文喉口调节阀设定为12°。整个启动过程中风机入口风量可控制在20000m3/h以内。

　　（2）、由于风机启动时工况比较特殊，在此期间会发生短时电流超过额定电流1.3倍左右（额定电流：175A，峰值电流：210A）。经过我们多方查证，认为这是变频器允许的。变频器对短时过电流的保持时间可做调节，大值为30s，我们经过反复实验，12s完全满足了我们的需要。

　　（3）、由于我厂的高压电网时常产生波动 ，使得变频器经常出现35KV过电压故障，需进行内部复位，后来将变频器输入电压范围由原来的±5%改为±10%后故障消除。

　　（4）、由于PLC系统选用的是AB公司生产的产品，而变频器选用的是西门子厂家生产的产品。在投产初期，经常出现通信连接不上等问题，这就使得变频器必须直接从操作台上取风机的高/低速开关量信号，实现对风机的高/低速转换控制。由于这样操作工相当于手动控制，而且还必须由炉前操作工通知当前转炉的生产状态才能进行相应的手动高/低速转换动作，给生产带来了很大的不便。针对这一问题，我们购买了一块第三方SST-PFB-CLX模块，通过对该模块的配置，建立了以SST-PFB-CLX模块为主站，变频器为从站的通信模式，这样相应的就在原来的控制程序中添加了通信程序，PLC将采集到的信号进行内部处理后向变频器发出运转指令，变频器经过处理实现风机的高/低速调速过程，从而完成了西门子变频器与A-B PLC之间的通信，实现风机随转炉兑铁和出钢完毕的高低速自动转换。整个过程无需人工干预，不仅降低了操作工的劳动强度，同时也为后来的转炉煤气自动回收提供了条件。

　　从投产后的应用效果来看，变频器限制了起动电流，减少起动时的峰值功率损耗;改善电网功率因数，变频器使系统功率因数保持在0.95以上;消除电动机启停时机械的冲击，延长了风机使用寿命，减少维护量;系统压力降低，缓解管道的压力和密封等条件，延长使用寿命;电机和风机运转速度下降，润滑条件、传动装置的故障率都得以下降。

五、效益分析：

　　吹炼时，风机运行速度为1000r/min，电机电流平均值I1=100A。

　　非吹炼时，风机运行速度为600r/min，电机电流平均值I2=40A。

　　风机每年运行时间按330天计算。

　　连续生产时，每炉吹炼周期35min，其中17min为吹炼时间，18min为等待时间。一台转炉每天平均生产40炉钢，则

　　每天吹炼时间t1： 40×（17÷60）=11.3小时

　　每天非吹炼时间t2：24-11.3=12.7小时

　　风机高速时（吹炼状态）电机消耗平均功率：

　　P1=√3×Ue×I1× CosΦ=√3×4000×100×0.86=596KW

　　风机低速时（非吹炼状态）电机消耗平均功率：

　　P2=√3×Ue×I2×CosΦ=√3×2400×40×0.86=143KW

　　全天用电量计算：

　　W1=P1×t1+P2×t2=596×11.3+143×12.7=8551 KWh

　　不采用变频器，用电量与风机始终高速运行相差无几，为

　　W1=P1×（t1+t2）=596×24= 14304 KWh

　　一台风机一年节省的电能（每度电0.4元）：

　　330×（14304-8551）×0.4=75.9万元

　　从上面的计算可以看出，采用变频器实现转炉风机调速，节能效果和经济效益十分可观。

六、结束语

　　转炉一次除尘系统投入变频器后实现了风机的高低速自动转换过程，由于中压变频器的高可靠性使得一次除尘系统故障率降低，明显减少了转炉停吹的次数，与国内同类型钢厂比较，采用变频器进行调速的钢厂较未采用变频器实现调速的钢厂由于风机原因的减产大减少，这在很大程度上说明将变频器应用于转炉风机调速系统具有推广应用价值。

　　能源短缺和环境污染是人类当前共同面临的世纪性难题。我国人口众多，能源资源相对匮乏,节约能源犹显重要。

　　电力资源是资源战略问题中的重中之重，是国民经济和社会发展的重要基础。通过技术进步，逐步tigao电力利用效率，节省有限的自然资源，保护环境，实现可持续发展。

　　“十一五”规划建设目标是实现单位GDP能耗下降20%，主要途径有三个，包括结构节能、推进技术节能及管理节能。据资料显示我国高、低压电动机总容量在35000MW以上，大部分为风机泵类负载，它们大多工作在高能耗、低效率状态。覆盖电力、石油、化工、冶金、制造、环保、市政等行业，其耗电量占全国总用电量的40%左右。而水泵和风机的一个特点是负载转矩与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。如可根据所需的liuliang调节转速，就可获得很好的节电效果，一般可节电20%～50%。

　　目前我国大型异步电动机应用变频调速刚刚起步，但国外已经广泛使用，而且随着电力电子器件的发展，高压变频装置的型式多种多样。通过他们长期的运行实践可以发现：应用高压大功率变频调速系统的经济效益良好、其可靠性也可以得到保证。变频调速以其优异的调速、起动和制动性能、高效率、高功率因数、良好的节电效果及广泛的适用范围等优点被国内外公认为是有发展前途的调速方式。

　　我公司结合本单位的实际情况，根据集团公司的要求专门成立了节能办公室，使整体能耗下降12%，在风机、水泵上的应用效果犹其明显。

一、节电原理 调速节电

　　1.1改造项目介绍

　　矿石破碎除尘离心风机，取水离心水泵，浮选机组（特性与水泵相似）。

　　1.2运行工况分析（以风机为例说明）

　　在实际运行时，由于采用进风门挡板调节，大部分的能量都被消耗在挡板上了，且挡板的开度越小则耗能就更多。在一般情况下，采用挡板调节的风机其实际消耗功率与风量大致成正比，与风门的开度也大致成正比，从上述工况中的风门开度及电流参数也可以看出这一点。

　　对运行情况进行分析，可以得出以下两点：

　　（1）风机实际风量约为额定风量的一部分，风机远离额定点运行，其实际运行效率很低。

　　（2）由于挡板的存在，挡板前后存在压差，消耗了很大一部分能量。

　　所以可以从以上两个方面改善其运行工况，减小损耗，达到节能的目的。

　　1.3改造建议

　　挡板这种调节方式虽然简单易行，已成习惯，但它是以增加管网损耗，耗费大量能源为代价的。对于大功率电机，耗能则更大。当采用变转速调节时，其效率高，因为风量随转速的一次方下降，而其轴功率则按转速的三次方规律下降，而目前性能佳的调速方式则是国际上公认的交流变频调速技术。对于变频器的选择，我们做了详细的市场调查，经过公司领导的慎重考虑，终选择了深圳市微能科技生产的WIN-9P系列风机专用型变频器和WIN-9GV高性能电流矢量型变频器，进行破碎除尘风机，湖边水泵和浮选机的改造。

二、变频改造的节能分析

　　2.1变频调速节能原理

　　从流体力学的原理得知，使用感应电机驱动的风机，轴功率P与风量Q，风压H的关系为： 当电动机的转速由n1变化到n2时, Q、 H、 P与转速的关系如下:

　　可见风量Q和电机的转速n是成正比关系的，而所需的轴功率P与转速的立方成正比关系。所以当需要80%的额定风量时，通过调节电机的转速至额定转速的80%，即调节频率到40赫兹即可，这时所需功率将仅为原来的51.2%。

　　如下图所示，从风机的运行曲线图来分析采用变频调速后的节能效果。

图3-1 风机的运行曲线

　　当所需风量从Q1减小到Q2时，如果采用调节风门的办法，管网阻力将会增加，管网特性曲线上移，系统的运行工况点从A点变到新的运行工况点B点运行，所需轴功率P2与面积H2×Q2成正比;如果采用调速控制方式，风机转速由n1下降到n2，其管网特性并不发生改变，但风机的特性曲线将下移，因此其运行工况点由A点移至C点。此时所需轴功率P3与面积HB×Q2成正比。从理论上分析，所节约的轴功率Delt（P）与（H2-HB）×（C-B）的面积成正比。

　　考虑减速后效率下降和调速装置的附加损耗，通过实践的统计，风机类通过调速控制可节能达20%～50%。

　　2.2变频改造节能分析

　　改造前工频运行功率计算公式

　　其中： U——电机电压，kV;

　　I——电机电流，A;

　　P1——单一负荷下工频运行功率， kW;

　　——单一负荷下运行功率因数，小于额定功率因数。

　　其中： T——全年平均运行时间，h;

　　P1——单一负荷下的运行功率，kW;

　　δ——这种负荷下的全年运行时间比例;

　　C1——改造前总耗电量，kW·h。

　　改造后变频运行预计功率计算公式：

　　利用公式： 计算出的比。

　　其中： P1——工频运行功率，KW;

　　P额——额定轴功率，KW;

　　——运行工况与额定工况下的效率、压力比，小功率电机取1，大功率电机取0.9

　　根据改造风量不变的原则，有Q1-Q2，其中Q2为改造后的风量。所以。再根据，即计算出P2。其中P2是变频改造后预计运行功率，η为变频装置的效率。

　　其中C2——改造后总耗电量，kW·h。

　　2.3节能对照表：风机、水泵变频调速时的能耗比较

　　上述均为百分比，liuliang为风机的额定liuliang，功率为工频额定工况运行时消耗功率（即电机输入功率 = 风机额定轴功率/电机效率，电机效率一般为93-96%，额定功率较大者效率较高）。变频调速时的节能量即为两种调节方式的能耗差值（百分比乘额定消耗功率）。

　　2.4 破碎除尘风机技改前后能耗对照表

三、变频调速其他附加好处

　　（1）网侧功率因数tigao：原电机直接由工频驱动时，满载时功率因数为0.85左右，实际运行功率因数远低于0.8。采用变频调速系统后，电源侧的功率因数可tigao到0.9以上，无需无功补偿装置就能大大的减少无功功率，满足电网要求，可进一步节约上游设备的运行费用。

　　（2）设备运行与维护费用下降：采用变频调节后，由于通过调节电机转速实现节能，在负荷率较低时，电机、风机转速也降低，主设备及相应辅助设备如轴承等磨损较前减轻，维护周期可加长，设备运行寿命延长;并且变频改造后风门开度可达，运行中不承受压力，可显著减少风门的维护量。变频器运行中，只需定期对变频器除尘，不用停机，保证了生产的连续性。随着生产的需要，调节风机的转速，进而调节风机风量，既满足生产工艺的要求，工作强度又大大降低。采用变频技术调速后，减少了机械磨损，维护工作量降低，检修费用下降。

　　（3）用变频调速装置后，可对电机实现软启动，启动时电流不超过电机额定电流的1.2倍，对电网无任何冲击，电机使用寿命延长。在整个运行范围内，电机可保证运行平稳，损耗减小，温升正常。风机启动时的噪音和启动电流非常小，无任何异常振动和噪音。

　　（4）与原来旧系统相比较，变频器具有过流、短路、过压、欠压、缺相、温升等多项保护功能，更完善地保护了电机。

　　（5）操作简单，运行方便。可通过计算机远程给定风量或压力等参数，实现智能调节。

　　（6）适应电网电压波动能力强，电压工作范围宽，电网电压在-15%～+10%之间波动时，系统均可正常运行。

四、结 论

　　通过对矿石破碎除尘离心风机（节能28%），湖边离心水泵（节能26%），浮选机组进行改造（节能26%），取得了良好的经济效益。通过此次改造，也验证了用深圳市微能科技有限公司的变频器改造具有优异的性价比，为公司以后使用大功率高、低压电机进行驱动的设备进行技术改造提供了一个较为经济可靠的选择。

1、传动

2、收卷

现场分析  
      宝沣皮塑生产线变频改造主要的问题是有两个方面.一是传动缸的线速度同步的问题;另一方面是收卷的问题.其中主要的是传动缸的线速度同步的问题.针对这中情况我们提出以下方案:
1、用PLC和人机界面进行操作。通过PLC的内部比例运算，分别给驱动缸的变频器一个同步的速度信号。
2、采用台达SCD-04型同步控制器进行同步控制。
3、变频器采用VT230S系列，利用该变频器的比例联动功能实现同步控制。
      种方案控制精度高，操作方便，但成本高；第二种方案精度也比较高，成本低一些，操作比较方便；第三种方案则成本低，精度同第二种方案或略高于第二种方案，操作方便。通过与厂家协商，我们终采用了第三套方案。

方案设计  
      新方案中，我们有四台VT230S-7P5HB控制四台7，5KW异步电动机，有异步电动机驱动传动缸。由一个统一的给定信号作为四台变频器的主给定信号。通过调整VT230S的比例联动系数B06-0，可以达到四只缸的同步。对于运行中可能出现的速度偏差，我们每台变频器设计了两只按纽，通过增加或者降低变频器的比例联动偏置频率达到四只缸的佳同步。
      在收卷中我们用一台VT230S-2P2HB控制一台普通的异步电动机，利用VT230S特有的力矩控制功能完成收卷功能。同时，在同步控制的四台电机中，我们分别设计了点动，主要在开车时引革、退革用。

方案分析   
      在传动的同步控制中，我们用一个统一的继电器控制四台变频器的启动/停止。当按下启动按纽ST时，继电器J1动作，四台变频器同步启动。在速度的同步控制中，我们用一个10V的直流电源作为信号源，加一个电位器VR，从而变出可调的0-10V的直流可调信号作为四台变频器的主给定信号。由于各传动缸的直径不一样，为保持统一的线速度，通过调节VT230S的比例联动系数B06-0，终可以达到四只缸的同步。按纽PB1和PB2作为正、反点动按纽。当生产线开车时，点动可以引革和退革来调节皮革的松紧度。PB3和PB4作比例联动的偏置调节，当生产线出现微小的速度偏差时，可以通过PB3和PB4来调节。四台变频器的报警输出FA、FC并联，当其中的任意出现故障时，整条生产线停车。
      在收卷控制中，我们应用的是VT230S力矩控制功能。通过调节VR1可以调节皮革卷取的张力。参数调节上，只需要将C30-0设置为3，C05-9的ASR功能打开，然后将C07-6设置为2，自动调整电机参数即可。

变频器主要参数设定： 

用户评价  
      该系统运行以来，设备运行稳定。皮革的质量和产量比较以前都有了大幅度的tigao。由于系统的线路非常简单，使得维护变的非常容易。在成本方面，除了变频器的投资之外，其他器件的成本可以忽略不计，投资非常省。 

结束语     
      通过VT230S在 宝沣集团生产线的成功应用，我们看到了以下几个方面：

1、VT230S的比例联动功能，可以成功地应用到皮革，造纸等小型生产线的同步控制上。不仅精度高，线路简单，便于维护，而且投资省。
2、采用明电舍VT230S在力矩控制功能，我们可以用普通异步电机来完成皮革卷取、钢带拉伸等工艺的张力控制中，不仅节省了投资，而且简化了线路，降低了维护成本。