1、引言

       中国的钢产量已连续多年居世界第一

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，并每年以20%以上的高速度在增长。2004年的钢产量是2.73亿吨，2005年将超过3亿吨，占世界钢产量的1/3。作为制造业基础的钢铁工业，现在正在进行大规模建设和技术改造。有资料显示，50万吨以上的钢厂全面盈利

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，这吸引了众多民营企业进入这个领域，出现了“大炼钢铁”的局面。然而中国钢铁工业的问题也非常突出。它的能耗水平高CONTROL ENGINEERING China版权所有，对环境的污染严重，能够生产高档次钢材的企业少，如用于电机行业的硅钢片、高档汽车用的钢板每年还需要大量从国外进口。

       电力电子的变流器在钢铁方面的应用主要有两个方面:一个是大型轧机传动，由交流调速取代直流调速，提高轧钢能效；另外一方面是环保节能的传动，例如钢铁工业中的高炉鼓风机，冶炼除尘风机和水泵等等CONTROL ENGINEERING China版权所有，现在大多数还是采用档板截流的调节方式，采用高压变频调速将产生较大的节能效益www.cechina.cn，市场前景广阔。当前在轧机主传动中应用的交流调速技术主要是交—交变

频调速，IGCT/IGBT三电平交—直—交变频调速。

       大功率轧钢机主传动要求电气传动系统具有很高动态响应和相当高的过载能力。这一领域长期以来一直被直流电动机传动所垄断CONTROL ENGINEERING China版权所有，由于直流电机存在着换向问题和换向器、电刷等部件维护工作量较大，使其在提高单机大容量、提高过载能力、降低转动惯量以及简化维护等方面受到了限制，已不能满足轧钢机向大型化、高速化方面的发展。随着电力电子技术、微电子技术以及现代控制理论的迅速发展，该技术受到国内外钢铁工业和电气传动学术界的极大关注。70年代以后控制工程网版权所有，随着交流电机矢量控制理论的产生及其应用技术的推广，世界工业发达国家都投入大量人力物力对交—交变频轧钢机主传动进行研究。到目前，在世界上已有上千台交流变频轧机主传动投入工业应用，在工业发达国家新建1000kW以上的轧机主传动，无论是初轧机，中板轧机还是热、冷连轧机，无一例外全部采用交流变频调速。在大功率轧钢机主传动领域已出现交流调速传动取代直流传动的趋势。

    2、交—交变频器

       1987年湖南湘潭钢铁厂从西门子公司引进了交—交变频的轧钢机，拉开了我国轧钢机采用交流传动的序幕。这套轧钢机投入运用后，湘潭钢铁厂的吨钢能耗节约了30%。此后，交流调速技术在钢铁领域得到了大力推广。

    2.1 交—交变频的特点

       交—交变频调速系统如图1所示，由三组反并联晶闸管可逆桥式变流器组成CONTROL ENGINEERING China版权所有，它沿续着晶闸管变流器的电网自然换流原理，具有过载能力强、效率高、输出波形好等优点，但同时也存在着输出频率低(最高频率小于1/2电网频率)，电网功率因数低www.cechina.cn，旁频谐波影响等缺点。交—交变频区分为有环流和无环流方式，可驱动同步电机或异步电机。

图1 交—交变频同步电机调速系统

    2.2 交、直流调速的比较

      轧钢机交流传动较传统的直流传动有许多优点：

    （1）交流电机的单机容量不受限制，而直流电机的极限是5000kW/500r/min；

    （2）同等功率情况下，交流电机的转动惯量比直流电机的要小得多，如宝钢有台2×4500kW的直流电机，它的转动惯量GD2=76.8tm2，而9MW交流同步电机单电机传动，GD2=17.2tm2，为直流电机的1/4.5。因此交流电机的加速性能要大大超过直流电机；

    （3）交流调速的动态性能好www.cechina.cn，速度响应由直流的15～30rad/s提高到40～100rad/s；

    （4）交流电机的效率比直流电机提高2～3%；采用交流调速可提高生产效率，综合节能30%（耗电/吨钢）；

    （5）交流调速体积小、重量轻、占地面积小，维护简单。

       采用交流调速对宝钢2050热连轧和武钢1700热连轧进行改造，用一台1万多kW的电机来取代原来的3台直流电机，体积减小了2/3。总体来说在钢铁领域交流调速取代直流调速已经形成了一个趋势。