Упрощенно отрасль изготовления полуфабрикатов и готовых изделий из металлов традиционно разделена на два емких сегмента – черную и цветную металлургию, но в целом процессы производства полного цикла (от добычи руды до отгрузки) сходные несмотря на различия в применяемых исходных материалах, технологиях и оборудовании.

Цветная металлургия включает производство тяжелых (относительная атомная масса более 50 - медь, никель, олово, свинец, цинк), в том числе токсичных (кадмий, кобальт, ртуть), легких (алюминий, магний), драгоценных (золото, платина, серебро), редких металлов (литий, титан, селен), которым характерна высокая устойчивость к коррозии, ковкость, пластичность, упругость, твердость. Черная металлургия поставляет полуфабрикаты и готовых изделия из различных марок стали (обычных нелегированных, легированных, специального назначения), чугуна и сплавов на основе железа.

Предприятия, как черной, так и цветной металлургии характеризуются высоким уровнем механизации производственных процессов за счет автоматизации и применения разнообразных электроприводов технологического и вспомогательного оборудования (конвертеры, проходные печи, литейные машины, питатели, смесители, конвейеры, толкатели, подъемно-транспортные машины, насосы, компрессоры, воздуходувки и пр.). Причем приводы оборудования и основных производств, и обогатительных фабрик (щековых дробилок, шаровых и стержневых мельниц, концентраторов, вакуум-фильтров и др.) выполнены на базе асинхронных двигателей и модернизируются до современного уровня с помощью комплектных преобразователей электропривода переменного тока с регулируемой скоростью (см. подробнее в этом материале).

Так, нагрев, прокатка, резка, намотка, волочение, гибка, прессовка и пр. в металлообработке уже давно автоматизированы, а на многих современных производствах отрасли металлургии внедрены роботизированные линии, на которых движение манипуляторов роботов, агрегатов, а также конвейеров обеспечивается частотно-регулируемыми приводами.

Условно отдельной и достаточно емкой статьей затрат на электроэнергию являются системы вентиляции, включая специальные для пылеудаления, охлаждения, противопожарные (см. более детально о приводах воздушных заслонок и частотных преобразователях в системах вентиляции здесь, о типовых проблемах систем вентиляции – в этом материале), кондиционирования, теплоснабжения, водоснабжения (водоподготовки, рециркуляции, водоочистки, водоотведения), подачи воздуха под давлением для работы оборудования, где используются компрессоры, насосные станции, вентиляторы на базе тех же частотно-регулируемых приводов с комплектными преобразователями, а также приводы заслонок-клапанов (запорно-регулирующая арматура) для регулирования и распределения (по заданным параметрам) потока перемещаемой среды.

В целом частотно-регулируемые приводы (variable frequency drives – VFD, как правило исполняемые с ШИМ преобразователем (PWM-type variable voltage variable frequency - VVVF), характеризуются простотой и надежностью, высоким ресурсом работы, малой материалоемкостью, возможностью реализации сложных траекторий движения рабочих органов машин за счет модульной конструкции и бесконтактного воздействия на рабочие органы электропривода. На практике частотно-регулируемый привод:

• снижает пусковой ток для автоматической регулировки скорости;
• нивелирует риски провалов напряжения при запуске электродвигателя;
• защищает электромеханику оборудования и периферийные устройства от бросков тока;
• уменьшает уровень шума оборудования во время работы;
• обеспечивает гибкость и точность управления оборудованием;
• уменьшает количество заслонок-клапанов, необходимых для оптимизации давления и расхода в трубопроводах;
• нивелирует риски утечек воды, воздуха и потерь энергии, вызванных повышенным давлением в трубопроводе;
• значительно повышает энергоэффективность, особенно вентиляторов, компрессоров, насосов.

Выбор частотных преобразователей для оборудования и систем предприятий металлургической отрасли.

Производственное внедрение и эксплуатация электропривода на основе комплектных преобразователей переменного тока с регулируемой скоростью связано с решением ряда конкретных инженерно-технических, технологических и экономических задач.

Сегодня зачастую для реализации стереотипных операций разрабатываются и предлагаются серийные решения комплектных преобразователей электропривода переменного тока с регулируемой скоростью, однако:

• число факторов и неопределенностей, которые нужно учитывать при выборе частотного преобразователя, электродвигателя и VFD в целом, очень большое (см. более подробно здесь), а потому априори существует многовариантность решений, из которых правильными (или хотя бы приемлемыми) будут далеко не все;
• специалисты профильного предприятия-производителя (сборщика) должны быть достаточно детально знакомы с реальной технологией, процессом, особенностями для технико-экономической оценки замены классического электропривода на VFD.

Здесь важно понимать, что в действительности ни один электропривод (с фиксированной или переменной регулируемой скоростью) не может быть правильно определен без информации о самом оборудовании, которое должно приводиться в действие, в частности – о нагрузке и условиях эксплуатации. Так, для приводов с фиксированной скоростью часто считается достаточным знать только требуемую мощность в кВт при номинальной скорости, хотя для мощных приводов даже производители двигателей обычно запрашивают дополнительную информацию о моменте инерции, чтобы гарантировать, что конструкция двигателя может обеспечить требования к ускорению.

В случае приводов с переменной скоростью переменного тока всегда необходимы дополнительные сведения о характеристиках оборудования, поскольку насосы, вентиляторы, дробилки, компрессоры, конвейеры и т.д. имеют различный тип, режим нагрузки, моменты и скорости исполнительного механизма, что определяет разные зависимости вращающего момента и мощности от скорости вращения вала. В целом выходной крутящий (вращающий - по ГОСТ IEC 60034-1-2014 и др.) момент VSD считается достаточным, если он:

• превышает пусковой момент нагрузки механизма;
• может разогнать нагрузку из состояния покоя до заданной скорости в течение времени, требуемого процессом;
• превышает крутящий (вращающий - по ГОСТ IEC 60034-1-2014 и др.) момент нагрузки механизма на достаточный запас при непрерывной работе на любой скорости в требуемом диапазоне и при любых условиях;
• ток двигателя не превышает тепловых номиналов всех электрических компонентов и остается ниже кривой нагрузочной способности при непрерывной работе.

Многомоторные VSD и другие специальные решения бескомпромиссно требуют тщательной индивидуальной разработки, или, как минимум, проектных расчетов, а в минимально допустимый (условно) пакет информации должны быть включены:

• тип, характер, величина и характеристики крутящего момента нагрузки, подключенной к выходному валу двигателя;
• диапазон скоростей, включая пороговую минимальную и максимальную скорость привода с переменной скоростью;
• инерция двигателя и механическая нагрузки, подключенная к валу.

Важно понимать, что для технически корректных расчетов фактический крутящий (вращающий - по ГОСТ IEC 60034-1-2014 и др.) момент нагрузки, скорости и момента инерции на ведомой машине (исполнительном механизме) должен быть преобразован в значения этих параметров для вала электродвигателя по специальным формулам (см. здесь).

Возврат к списку