鋼鐵工業是材料工業，由於鋼鐵具有良好的物理和化學性能
，故鋼鐵是現代工業中應用最廣
、發展最快的金屬材料，是建築、汽車、鐵路、航運、電器、電力、食品等工業不可缺少的材料。 
　　（1）鋼鐵工業耗電量極大，我國電工產品耗電約占全國總發電量的70%，而冶金係統年耗電量約占全國發電量的9.3%左右[1]

，驅動的電動機占很大一部分，其中要求調速的占80%以上（據統計

，鋼鐵工業要求調速的電動機從數量上說約為20%，而容量上說卻占80%）
，故其有效操作和節能降耗是至關重要的。（2）鋼鐵工業產量大、經濟效益大，要求作業率高。如板帶熱連軋廠年產量大都超過600萬wan噸dun，稍shao有you故gu障zhang停ting車che

，損sun失shi就jiu很hen大da，故gu提ti高gao作zuo業ye率lv極ji為wei重zhong要yao。鋼gang鐵tie企qi業ye使shi用yong的de電dian動dong機ji有you直zhi流liu電dian動dong機ji和he交jiao流liu電dian動dong機ji，由you於yu許xu多duo要yao求qiu調tiao速su的de生sheng產chan機ji械xie對dui電dian氣qi控kong製zhi係xi統tong有you一yi定ding的de要yao求qiu，如ru調tiao速su範fan圍wei、動態響應、靜差度等
，過去直流電動機一直占主導地位，但直流電動機有一係列缺點，如結構上有換向器及電刷使日常維護量增加、電刷與整流子經常產生火花而要求安裝環境較好及不能用於易燃易爆場所
、與同容量交流電動機比體積和重量及轉動慣量都較大
、價格也較高、效率比交流電動機低2～3%等(deng)，交(jiao)流(liu)電(dian)動(dong)機(ji)則(ze)無(wu)直(zhi)流(liu)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)缺(que)點(dian)，維(wei)護(hu)量(liang)較(jiao)少(shao)
，作(zuo)業(ye)率(lv)較(jiao)高(gao)。特(te)別(bie)是(shi)近(jin)十(shi)多(duo)年(nian)隨(sui)著(zhe)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)和(he)微(wei)電(dian)子(zi)技(ji)術(shu)發(fa)展(zhan)及(ji)現(xian)代(dai)控(kong)製(zhi)理(li)論(lun)應(ying)用(yong)，使(shi)交(jiao)流(liu)調(tiao)速(su)迅(xun)速(su)發(fa)展(zhan)，其(qi)調(tiao)速(su)特(te)性(xing)與(yu)直(zhi)流(liu)調(tiao)速(su)性(xing)能(neng)完(wan)全(quan)一(yi)樣(yang)甚(shen)至(zhi)超(chao)過(guo)，完(wan)全(quan)可(ke)代(dai)替(ti)直(zhi)流(liu)電(dian)動(dong)機(ji)及(ji)其(qi)調(tiao)速(su)係(xi)統(tong)。（3）變頻調速經濟效益高。交流調速有多種方法（異步電動機的變極調速
、調壓調速
、轉子串電阻調速、電磁轉差離合器調速
，液力耦合器調速
、機械差動調速、變頻調速等），但主流是變頻調速。變頻調速的變頻電源有旋轉變頻機組和靜止變頻裝置。前者由異步或同步電動機—直流發電機和直流電動機—同步發電機兩套機組組成。後者則由電力電子器件和微電子器件組成
，無可動部分。由於旋轉變頻機組設備龐大

、有可動部分
、維護量大、效率低和性能差，故已被靜止變頻裝置代替。現在所指的變頻調速是指靜止變頻調速裝置（變頻器）。據統計使用靜止變頻調速以後
，可節電1～3%。因此交流電動機驅動和變頻調速在鋼鐵廠已廣泛應用[2]
，特別是新建的機組
，甚至大功率（單機達10000kw）
、要求嚴格的帶鋼熱連軋機也使用交流電動機驅動和交流調速。 
　　2 交流調速及變頻器在鋼鐵工業應用的進展變頻調速在鋼鐵工業的應用
，經過多個階段。 
　　交流調速開始為節能而用於風機
、水泵代替要耗能的恒速運行但調節閥門的方法

，到上世紀80年代初日本川崎鋼鐵公司首先在連鑄車間全交流化，取得了良好的效果，以後，不但在連鑄車間使用

，而且推及到各工序
、各車間全交流化。由於由於熱軋板帶軋機要求嚴格、產量大（年產600萬噸以上）
，稍有故障或性能達不到要求，損失就很大,故直到數字控製技術和矢量控製技術完全實用化（矢(shi)量(liang)控(kong)製(zhi)的(de)電(dian)動(dong)機(ji)軸(zhou)上(shang)裝(zhuang)有(you)脈(mai)衝(chong)發(fa)生(sheng)器(qi)，並(bing)以(yi)此(ci)進(jin)行(xing)速(su)度(du)反(fan)饋(kui)構(gou)成(cheng)閉(bi)環(huan)係(xi)統(tong)
，用(yong)數(shu)字(zi)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)進(jin)行(xing)速(su)度(du)控(kong)製(zhi)或(huo)力(li)矩(ju)控(kong)製(zhi)，因(yin)而(er)調(tiao)速(su)範(fan)圍(wei)寬(kuan)，調(tiao)速(su)精(jing)度(du)高(gao)，動(dong)態(tai)性(xing)能(neng)已(yi)達(da)到(dao)直(zhi)流(liu)調(tiao)速(su)。而(er)vvvf控製為開環係統，按照電壓／頻率（v/f）一定，用模擬技術進行控製，因而調速範圍小，約為1:40，調速精度受限製
，動態性能不如直流調速

，尤其是小容量、低速情況下不理想）
，caiweirezhabandaizhagangchangzhajizhuchuandongjiaoliuhuachuangzaojichu，dankaishirengzhixianyuzaiyaoqiumeiyouchuanliedejingzhajiyangedecuzhaji，ranhoujingguoshiyanheduonianhoucaiyongyujingzhaji。 
　　要求嚴格
、技術複雜和產量大的熱軋板帶軋機工廠實現全交流化
，事實上鋼鐵工業全交流化就已實現
，冷板帶連軋機、中厚板軋機、線棒軋機
、型鋼軋機

、鋼管軋機包括主、輔傳動都相繼使用交流變頻調速。
　　直接連接（非高—低—高變換）式的高壓交流變頻調速裝置的研製成功，使那些需要調速6kv的高壓電動機，如礦井提升機也得到解決。由於傳動裝置和變頻裝置是工業控製的基礎環節，在cims係統六級結構中屬於l1級，要實現全線或部分自動化，需要與plc或工業控製器相連，也開發了“傳動—plc一體化”，它一般通過現場總線相連。 
　　3 交流調速及變頻器實際應用中要注意的幾個問題 
　　變頻裝置主要分為交—直—交變頻和交—交變頻兩大類，交—直—交變頻又可分為電壓型和電流型兩大類
，交—交變頻多為電壓型，也有少量使用電流型。變頻控製方式分為電壓型
、電流型、脈衝寬度調製型等。其主回路的拓撲、控製策略都有多種方式可以選擇
，如功率器件有scr（晶閘管
，thyristor）、gto（門極關斷晶閘管
，gateturn-offthyristor）
、igbt（絕緣柵雙極晶體管，insulated-gatebipolartransistor）
、igct（集成門極換流晶閘管，integratedgatecommutatedthyristor，是一種新型半導體功率器件，在gto的基礎發展起來的）等；主回路的拓撲結構可選擇兩電平、三電平、負載換相式scr電流型變頻器等
，控製策略可選擇v/f控製、矢量控製、直接轉矩控製、脈衝寬度調製（pwm）或脈衝幅度調製（pam）等；電壓也有高壓（3～6kv
，主要是大容量的同步或異步電動機）


、中壓或抵壓（如一般的小功率380v和軋鋼輔傳動的電動機）等。此外，變頻調速還有變極調速，無級調速還有矢量控製方式
、變壓變頻（vvvf）控製方式等，價格極為不同，如何選擇是一大問題。表3示出了我國寶鋼從日本引進的於1989年投產的1900mm板坯連鑄全交流方式。從表中可以看出，變頻調速采用變極
、vvvfheshiliangbianhuankongzhisanzhongfangshi，zaitiaosuyaoqiubuxuwujidezhixuyouxianbiansudecaiyongbianjikongzhifangshi，yaoqiusudukongzhibuyangederugundaosudukongzhicaiyongbianyabianpin（vvvf）fangshi，yaoqiusudukongzhiyangedecaicaiyongshiliangbianhuankongzhifangshi

，zheyangmudeshijieyuetouzihejianhuaweihu，zhezhongangongyiyaoqiuxuanzebianpinqidefangfakezuoweiweiqitachejianjiaoliuhuazuoweizhunze，rushaojiedequanjiaoliuhua，qipeiliaodebianpinqicaiyongvvvf方式

，台車采用矢量變換控製方式。 
　　對於變頻器生產，國外電氣公司都已產業化了，如德國西門子、法國阿爾斯通、瑞典abb
、美國ge、意大利ansoldo
、日本日立、日本三菱

、日本安川等公司都生產各種容量
、不bu同tong電dian壓ya的de通tong用yong變bian頻pin器qi可ke供gong選xuan用yong

，選xuan擇ze時shi可ke適shi當dang參can照zhao其qi業ye績ji及ji在zai類lei似si或huo同tong樣yang機ji組zu使shi用yong情qing況kuang和he經jing驗yan與yu效xiao果guo。變bian頻pin所suo用yong電dian動dong機ji也ye需xu注zhu意yi，一yi般ban1000kw以yi下xia的de電dian動dong機ji，采cai用yong異yi步bu電dian動dong機ji性xing能neng價jia格ge比bi較jiao好hao，對dui於yu容rong量liang較jiao大da的de可ke采cai用yong同tong步bu電dian動dong機ji或huo異yi步bu電dian動dong機ji。異yi步bu電dian動dong機ji一yi般ban采cai用yong線xian繞rao電dian機ji
，而er容rong量liang較jiao小xiao的de電dian動dong機ji一yi般ban采cai用yong鼠shu籠long電dian機ji。由you於yu傳chuan動dong控kong製zhi係xi統tong一yi般ban采cai用yongpwm變頻器，故電機也須特殊設計
，以滿足pwm變頻調速的要求（按不同機組情況，包括允許過載%、過載時間、工作製
、絕緣等級、保護等級
、額定電壓等）。一般來說
，還須考慮電源汙染對電網造成的影響問題
，特別對容量特大並使用交—交變頻裝置的場合

，考慮裝設無功動態補償裝置（svc）是要認真考慮的。
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　　4 交流調速及變頻器國產化與產業化 
　　jiaoliubianpintiaosuzhuangzhizaigangtiegongyezhanzhongyaodiwei
，wuluncongshengchanxuyaohuojingjixiaoyi

，qizhongyaoxingshibuyaneryu。dandaduoshiyinjin，tebieshidagonglvdezhagangzhuchuandong，congzaoqiyinjindebaogang2050mm熱連軋r2、包鋼1150mm初軋機
、鞍鋼1150mm初軋機到“十一五”建設的寶鋼1880mm熱連軋。
　　這需要花大量外彙和資金
，據統計，國產的交—交變頻器，價格約為500元rmb/kva（不包括整流變壓器）
，而引進約為1.5倍國產價格，而一個大型板帶熱連軋廠主傳動可達100,000kw，因此國產化
、產業化和可靠性以及有所創造是關鍵問題。國內許多單位，如天津電氣傳動研究設計所、冶金自動化研究設計院(前身為冶金部自動化研究院)等遠在上世紀70年代末
，就已致力於交流變頻調速的研究和國產化與實用化工作。大概可分為三個階段。第一階段為上世紀70年代末至1985年。開始從事交流調速研究及工業試驗與應用
，並在實用化取得初步成績，例如1983年研製成功線繞型感應電動機雙饋變頻調速裝置並在15t冷拔機組中良好使用。第二階段為1985年至1993年。在這階段是研究各種交流變頻調速機理、特te性xing與yu工gong業ye應ying用yong以yi及ji數shu字zi調tiao節jie器qi等deng，同tong時shi引yin進jin單dan體ti變bian頻pin器qi自zi行xing設she計ji係xi和he完wan全quan設she計ji和he製zhi造zao國guo產chan化hua和he具ju有you自zi己ji知zhi識shi產chan權quan的de交jiao流liu變bian頻pin調tiao速su係xi統tong和he裝zhuang置zhi，其qi中zhong典dian型xing的de是shi冶ye金jin部bu自zi動dong化hua研yan究jiu院yuan的de1988年4月成功地投產湘鋼金屬製品分廠的24#6/350活套拉絲機變頻調速係統（pwm逆變器），1988年10月成功地投產軋鋼廠輥道控製的電流型變頻調速係統和裝置。1993年2月製成大功率交—交變頻矢量控製的雙饋變頻調速裝置，並用於首鋼帶鋼廠φ500mm窄帶熱連軋主傳動650kw交流電動機上。1993年製成第一套國產的2500kw交—交變頻同步電動機調速係統（獲冶金科技進步一等獎）
，並用於包鋼軌梁廠850型鋼軋機。第三階段為1993年至現在。其特點是現代化、高性能化、全數字化和產業化，並大力應用於實際工業現場中。在鋼鐵工業中代表是1996年製成第一套國產的全數字的4000kw交—交變頻調速係統

，並用於重鋼五廠2450mm中板軋機；1999年製成第一套國產的雙機傳動的交—交變頻調速係統，並用於武鋼軋板廠中板軋機；2000年製成第一套熱連軋機傳動的交—交變頻調速係統，並用於攀枝花鋼鐵公司軋板廠

；2001年完成第一套特大型全數字交—交變頻主井提升裝置。此外，2003年投產的營口中板廠精軋機2×4200kw主電機交—交變頻調速係統；2004年投產的勝利油田臨盤采油廠560kw注水泵電動機的高壓直接變頻調速係統（交—直—交方式，h橋串聯式）以及多套棒線軋機主輔傳動交流變頻調速係統都是國產化例子。在這階段交—交變頻調速係統有較大的發展
，例如冶金自動化研究設計院的交—交變頻調速技術與在鋼鐵工業應用規模已超過美國ge、法國alston、意大利ansaldo
，達到siemens、toshiba、abb的世界先進水平。各項技術性能指標與國外siemens、toshiba相同，達到國際先進水平；該院交—交變頻占國產化市場的80％左右，單機功率也最大（4000kw）
，大功率交—交變頻裝置已為國內提供208套
，容量共2000mw，占全國首位。該院還在交—交變頻調速係統有所突破： 
　　（1）提出同步電機磁場定向控製理論與方法，阻尼磁鏈定向發明專利，提高了交—交變頻係統的技術性能
； 
　　（2）提出電機、電網
、係統一體化理論與仿真，解決了大型交流調速對電網影響問題； 
　　（3）研製了現代控製理論的負荷觀測器，解決了熱連軋機電振蕩問題
； 
　　（4）建立了交—交變頻工程設計與調試方法，使工程規範化



，推廣應用規模化; 
　　（5）研製成功4英寸大功率晶閘管及大功率變流裝置

，功率全範圍覆蓋，單機達到20mw； 
　　（6）樹立了國產化樣板
，第一套熱連軋交流調速，第一套礦井提升機交流傳動; 
　　（7）在863項目支持下，研製成功7500kw的igct變流器
，完成了3600kw同步電機的工業試驗。
　　並研發電子控製器。 
　　在產業化方麵也是效果顯著。除了低壓、中小容量的變頻調速係統及其相關元器件已係列化
、產品化和商品化以外，高壓直接變頻調速係統及裝置夜已有多家公司係列化、產品化。 
　　5 國產化的問題與展望 
　　guochanhuajinnianlaiqudehendadechenggonghezhongdadejingjixiaoyi，baokuoguoneixuduogongsikaifadegaoyazhijiebianpintiaosuxitong
，danruguolengjingdifenxiyixia，guoneidaduoshugongsihedanwei，daduoshishejizhuhuilu，erhexinjishurushuzishidedianzikongzhiqihedianlidianziqijiandoushiwaigou，qizhongdianzikongzhiqidoushiwaiguogongsiruximenzigongsishengchan（實際上完全國產化的大功率變頻係統隻有模擬式控製係統，如包鋼軌梁廠850型鋼軋機的2500kw交—交變頻同步電動機調速係統），電力電子器件則隻有晶閘管國內可生產
，而第三代可關斷電力電子器件，包括gtr
、gto，更不用說igbt、igct了，全部進口，國內交—交(jiao)變(bian)頻(pin)之(zhi)所(suo)以(yi)得(de)到(dao)蓬(peng)勃(bo)發(fa)展(zhan)
，主(zhu)要(yao)依(yi)托(tuo)國(guo)內(nei)多(duo)年(nian)的(de)晶(jing)閘(zha)管(guan)生(sheng)產(chan)技(ji)術(shu)和(he)較(jiao)便(bian)宜(yi)的(de)價(jia)格(ge)。無(wu)可(ke)置(zhi)疑(yi)
，交(jiao)直(zhi)交(jiao)變(bian)頻(pin)特(te)別(bie)對(dui)電(dian)源(yuan)汙(wu)染(ran)方(fang)麵(mian)都(dou)是(shi)優(you)於(yu)交(jiao)—交變頻方式（從表3已經看出
，國外著名電氣公司交—交變頻之所以停滯不前，也許他們不在把精力集中在此），但igbt
、igct等電力電子器件依靠國外而使交—直—交變頻發展較慢。但要開發和生產igbt、igctdengdianlidianziqijianyaotourucailiwulitaida，yigedanweinanyifudan，xuyaoguojiadalitouziyanfaheshengchan，bingxiwangguojianengzeyouhekaolvyouxiaotouzi。xianzaiguoneidianqigongsiyuelaiyueduo
，fenchulaiyeyuelaiyueduo，yuanyinshichuandongtiaosuxitong，jingjixiaoyida
，shejizhuhuilu

，waigoudianzikongzhiqihedianlidianziqijian，ranhouzuzhuang、調試
，已越來越多人掌握，辦個組裝車間也非難事
，但人力分散，基礎工作——dianzikongzhiqihedianlidianziqijianquehenshaorenyewulizhiliyuyanfaheshengchan。dangjinhebingzuchengdaxingjituangongsishishijieyeshiguoneiquxiang
，womenyinggaixiaofang
，zheyangcainenggengyouliliangheliyufazhanbinghexifangdadianqigongsijingzheng。muqianzhipipan“短視行為”不(bu)足(zu)以(yi)解(jie)決(jue)
，看(kan)來(lai)，隻(zhi)能(neng)是(shi)國(guo)家(jia)大(da)力(li)和(he)有(you)效(xiao)投(tou)資(zi)研(yan)發(fa)和(he)生(sheng)產(chan)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)，把(ba)有(you)影(ying)響(xiang)的(de)電(dian)氣(qi)傳(chuan)動(dong)公(gong)司(si)和(he)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)器(qi)公(gong)司(si)及(ji)著(zhu)名(ming)的(de)研(yan)究(jiu)院(yuan)所(suo)合(he)並(bing)成(cheng)大(da)型(xing)的(de)集(ji)團(tuan)公(gong)司(si)，才(cai)足(zu)以(yi)有(you)此(ci)財(cai)力(li)和(he)人(ren)力(li)，來(lai)進(jin)一(yi)步(bu)發(fa)展(zhan)交(jiao)流(liu)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)技(ji)術(shu)，並(bing)和(he)國(guo)際(ji)著(zhu)名(ming)公(gong)司(si)，如(ru)德(de)國(guo)西(xi)門(men)子(zi)公(gong)司(si)等(deng)競(jing)爭(zheng)，化(hua)進(jin)口(kou)為(wei)出(chu)口(kou)。目(mu)前(qian)集(ji)團(tuan)公(gong)司(si)有(you)些(xie)不(bu)問(wen)專(zhuan)業(ye)而(er)以(yi)工(gong)藝(yi)行(xing)業(ye)進(jin)行(xing)合(he)並(bing)，例(li)如(ru)冶(ye)金(jin)係(xi)統(tong)的(de)自(zi)動(dong)化(hua)專(zhuan)業(ye)的(de)研(yan)究(jiu)院(yuan)與(yu)工(gong)藝(yi)方(fang)麵(mian)的(de)研(yan)究(jiu)院(yuan)合(he)並(bing)而(er)成(cheng)鋼(gang)鐵(tie)集(ji)團(tuan)公(gong)司(si)，看(kan)上(shang)去(qu)似(si)乎(hu)合(he)理(li)，但(dan)實(shi)質(zhi)上(shang)是(shi)過(guo)去(qu)冶(ye)金(jin)部(bu)
、煤炭部、化工部等小而全方式
，這樣很難有大的發展，反觀國外

，大都是專業合並，三足鼎立——機械設備、電氣
、工藝，如德國德馬克等機械公司、西門子等電氣公司、蒂森等鋼鐵公司（或其他化工
、輕工等工藝公司），美國也如是，如wean-united等機械公司
、ge等電氣公司、美鋼聯等鋼鐵公司（或其他如杜邦化工等工藝公司）
，日本也如是，如ihi
、三菱重工等機械公司，東芝等電氣公司，新日鐵
、日本鋼管等鋼鐵公司（或其他化工、石油等工藝公司）。因為強大的專業，無論技術、生產能力或開發才有可能最大發展，故應跳出過去工藝行業，集中組織電氣集團公司
，才能和德國西門子公司、日本三菱公司、法國阿爾斯通公司
、瑞典abb公司競爭。我國目前電動機裝機容量估計是6.22億kw，其用電量占全國發電量的60～70%，其中交流電動機約占90%，是調速的主要對象。風機、泵類和壓縮機等總容量達2.3億kw
，其用電量占全國發電量＞30%，目前其流量調節90%以上仍用落後的調節擋板或閥門方式。據調查，交流電動機的70%應該調速運行，改造率約50%

、2.6億kw，若以全國發電量28344億kw·h為基數
、平均節電率按20%計算，其節電潛力為400億kw·h，占全國發電量的4.4%，可相應減小發電裝機1660萬kw

，減小電力基建投資800億元以上，可減小發電用煤4000萬t
，相應減少co2排放量約2000萬t（煤計算），減少so2排放量約40萬t


，按調速裝置造價和平均節電率計算，節電投資為500～2500元/kw
，僅為新建電廠造價的1/10～1/2，可見交流調速的節電潛力和社會效益相當顯著。