赵红星
甘肃省嘉峪关市甘肃钢铁职业技术学院735100
摘要：本文主要对目前电力电子变流器在钢铁方面的应用进行了阐述，比较了交一交变频器和交一直一交变频器的特点以及存在的问题，并介绍了我国大功率轧机主传动交流调速系统的发展状况。
关键词：轧机主传动；交流调速；交一交变频；PWM变频
梁春江
身份证：45272419790730XXXX
摘要：电气工程中自动化应用技术是指采用各种具有自动检测和控制功能的装置，对电力系统进行实时或远程的自动调节、控制、管理和监视，从而起到保证电力系统的供电的质量和安全、经济运行的作用。随着我们国家近些年来在经济上的迅猛发展和在技术上的不断突破以及高新技术的引进，我国电气工程自动化程度得到大幅度提升，这对工作在第一线的技术人员也提出了更高更多的要求；随着电气工程自动化技术在电力行业中的重要性与日俱增，我们应该关注的就是如何根据电气自动化控制系统设计原则和发展趋势，提高电气工程中的自动化水平，进一步将电气自动化应用到电气工程中。
关键词：电气自动化；电气工程；应用研究
引言：现代社会已经进入信息时代，社会化大生产正在向智能化、自动化、信息化的方向高速发展着。电气自动化是社会生产力发展到较高阶段的产物，也是信息科学日臻成熟的结果。电气自动化水平的高低，很大程度上反映了一个国家或行业生产力水平。随着社会生产活动复杂程度的加深，电气自动化所发挥的作用越来越大，加强电气自动化在电气工程中应用的研究，有利于我国电气工程事业健康发展，对于实现电力工程现代化有着十分重要的积极作用。
1电气工程以及电气自动化技术的涵义
电气工程是现代科学领域中的重要学科,其自动化程度对于社会生产和经济发展都有着重要的影响。电气工程中的典型代表,就是计算机的应用,改变了人们对世界的认知,也推动了人类文明水平的上升。从某种意义上说,电气工程的发展程度,可以用来衡量一个国家的现代化水平,因此电气工程的发展也受到了广泛的关注。电气自动化技术是电气工程中的一个分支领域,其涉及的范围十分广泛,小到家庭电路的设计,大到航空事业的发展,都随处可见电气自动化技术的应用成果。电气自动化技术在电气工程中的广泛运用,可以提高电气工程的自动化和智能化水平,可以有效的促进电气工程健康、持续的发展,从而发挥电气工程在社会生产和经济发展领域中的作用,促进我国家科技水平的全面提升。
2电气工程中电气自动化的优势
2.1推动了变电站的自动化发展
电气自动化技术在变电站的应用，不但替代了传统意义上的人工操作及监控的方式，还能有效提高变电站监控的效率，同时提升变电站运维的层次，即在无人值守的条件下也能实时监管，进而推动了电力工程的进步与发展。不难发现，将电气自动化技术运用于变电站，可多角度、全方位地监控和掌握变电站内每个电气设备的运行动态，第一时间观察并发现其存在的不足与缺陷，进而时刻了解和把握变电站的运行情况。从变电站的电气自动化应用角度看，所有设备的计算机化趋势已代替了以往电磁化装置，经由对运作情况的实时监控，使整个操作过程更为清晰、直观地展现出来。在传输数据时，电气自动化技术可借助电子计算机确保所传输数据的安全性，逐步淘汰了以往的电缆电力信号。除此之外，变电站的运行控制和统计自动化的实现，推动了变电站自动化发展的进程，使变电站的自动化成为必然趋势，同时也为电力网络调度的自动化发展奠定了扎实的技术基础，带动了电力系统的科学发展。
2.2电气自动化有利于电气工程设备智能化发展
电气自动化在电气工程中的发展和进步充分体现了当下智能化发展模式的特点，这是在电气工程中一个得天独厚的有力优势。电气工程和电气自动化的应用已经逐步涉及到了多个行业和领域，同时这也是电气信息领域在近年来的一个新兴学科，对人们的日常生活和社会工业生产领域都关系密切，也逐步发展成为了高新技术领域的一个重要分支，在国民经济中越来越发挥着重要的作用。基于电气应用近年来逐步出现了多种新型应用实践，同步实现了对工艺知识和动态知识快速获取的重要技术优势支持，同时对各类不同领域的工艺设计和产品信息管理也很重要、系统的优势明显，开放性好，扩充和管理也较为便捷。
3电气工程中电气自动化的应用情况
3.1电气自动化在电网调度方面的应用情况
电力系统工作状态下，每时每刻都有大量业务产生，诸多功能的实现和任务的完成，涉及到许许多多个方面，这就给电网调度运行工作提出了很高的要求。电网调度庞大的工作量使其成为电力自动化应用的首要选择。电网内的电气自动化系统在藉由经济调度确保电网运行安全稳定可控后，对电力生产过程中各类参数进行数据采集和监测，判断电网负荷变化走向，从而对电网后续可能发生的变化以及遇到的问题进行预测，并采取相应的防范、保障措施，维护电网安全平稳的运转秩序。藉由监测，及时发现系统中存在的故障，并加以排除。这些工作都由电网调度服务器以及电气自动化系统配合完成，极大地提高了工作效率，降低操作人员工作量。
3.2发电厂发散监控系统应用过程中电气自动化技术的应用
在发电厂运行和生产的过程中，其分散监控系统作用的实现主要包括对太网的监控、对过程控制单元的监控和对相应的设备数据通讯网的控制三个方面，在其实际的运行和生产过程中，发电厂的各个发散监控系统在通常情况下都是采用分层结构的形式来布置的。发电厂整个运行过程和生产过程中各项检测工作和控制工作的实现是通过其发散监控系统对相应的过程控制单元进行的实时监控，对所监测到的相关信号进行的及时处理以及对一些相关的电气设备数据进行的及时处理三个方面来实现的。
3.3在变电站中应用电气自动化
在变电站中应用主要是通过计算机装置引入结合应用信息处理技术与自动化控制技术以及相关的传输技术，形成自动化系统，此系统用于变电站的运行管理。其特点在于：电磁时设备被危机化的设备所取代，实时人工操作被智能化的操作界面所代替，不发达的生产状况被高效安全的生产理念所代替。
结语：
电气工程在现代社会的发展过程中逐步成为一个国家现代化发展水平的重要衡量标准，同时也是人们生活水平的重要体现。电气自动化技术在电力系统的安全维护和智能控制过程中发挥着重要作用，同时也是与现代人们生活最息息相关的一项技术，经历了多重的发展革新仍然具有创新进步前景。
参考文献：
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[4]屈建均．电气自动化技术在电力系统中的运用浅谈[J]．新疆电力技术，2015，（4）
前言：我国钢铁工业的飞速发展，已经连续多年在世界居首。2004年我国的钢产量是两亿七千万吨，2017年增至八亿三千万吨。作为制造业基础的钢铁工业，正在进行技术改造和大规模的建设。根据实际调查说明，我国钢厂产量在五十万吨以上的，已经全面盈利，促使钢铁工业涌入许多民营企业，从而出现了“大炼钢铁”的局面。除此之外，目前我国的钢铁问题也日渐突出，不但严重污染环境，而且能耗水平较高。另外，每年还需要大量从国外进口，高档汽车用的钢板和电机行业的硅钢片，主要是因为我国能够生产高档钢材的企业较少。
1电力电子的变流器在钢铁方面的应用
主要有两个方面：一种是环保节能的传动；另一种是大型轧机传动。
大型轧机传动主要是提高动态响应和过载能力，由交流调速取代直流调速；
环保节能的传动主要采用档板截流的调节方式，比如：钢铁工业中的冶炼除尘风机、高炉鼓风机和水泵等，并通过高压变频调速产生最大化节能效益，有广阔的市场前景。目前我国在轧机主传动中应用的交流调速技术主要是IGCT/IGBT三电平交—直—交变频调速、交—交变频调速。
大功率轧钢机主传动要求电气传动系统不仅要有相当高的过载能力，还要具有高动态的响应能力。虽然长期以来一直被直流电动机传动所垄断，但是由于直流电机的维护工作量较大，严重限制了简化维护、提高单机大容量、降低转动惯量以及提高过载能力等方面，对于轧钢机的高速发展，已经无法进行满足。这项技术随着微电子技术、现代控制理论和电力电子技术的不断发展，已经受到电气传动学术界和国内外钢铁工业的极大关注。七十年代末，随着推广交流电机矢量控制应用技术和理论的产生，在对交一交变频轧钢机主传动的研究上，世界各国都投入了大量的人力物力。
2交—交变频器
2.1交—交变频的特点
由三组反并联晶闸管可逆桥式变流器所组成的系统，就是交一交变频调速系统。具有输出波形好、效率高、过载能力强等特点，并延续着晶闸管交流器的电网自然换流原理，同时也存在着电网功率因数低，输出频率低，高频谐波影响等缺陷。交一交变频区可驱动异步电机或同步电机，并且可分为无环流和有环流两种方式。
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）直流电机的极限是每分钟五千瓦五百转，而交流电机的单机容量是不受限制的；
（2）交流电机与直流电机在同等功率下，转动的惯量要小很多，因此交流电机比直流电机在加速上，性能要提高很多。
（3）交流调速的速度响应已经提高到直流每秒钟弧度是四十到一百，原始的直流速度是的每秒钟弧度十五到三十；
（4）采用交流调速不仅可以综合节能耗电百分之三十吨钢，还可以有效提高生产效率，并且交流电机的效率比直流电机高出百分之二到三；
（5）采用交流调速可以对原来的三台直流电机，通过用一台一万千瓦的电机来进行取代，这样在对武钢一千七百热连轧和宝钢二零五零进行改造时，体积就会减小三分之二。直流调速已经被钢铁领域交流调速所取代，并已经成为了新的发展趋势。
2.3交—交变频器的国产化研究
在国家的九五、七五、八五技术攻关项目中，已经纳入了大型轧机主传动装备。改变了大型工业机械传动装备，一直以来依靠进口的局势，并尽快实现大功率交流调速系统的产业化发展。交一交变频作为机械部与原冶金部的重点科研项目，在理念分析与项目研制中，各大高校纷纷进行了参与，同时天津电气传动研究所和冶金自动化院对该技术进行攻关，在对交一交变频调速系统的同步电机研制中，分别加入了上海电机厂、哈尔滨电机厂以及东方电机厂。
交一交变频同步电机调整系统的成功研制，不仅扭转了我国大型工业轧钢传动装备，一直以来依靠进口的局势，还使交一交变频同步电机调整系统达到了世界先进水平。
3交—直—交变频器
3.1交—直—交变频器的特点
八十年代末，交一直一交变频器不仅打破了晶闸管元件，还统一了天下，开始了以自关断电力半导体器件为核心的时代，并且大功率晶体管GTR，自关断电力半导体器件，场控器件绝缘栅双极晶体管IGBT和可关断晶闸管GTO相继问世。与传统的半可控晶闸管器件相比，不仅变换器装置结构简单，还重量轻，体积小，谐波污染小，功率因数高等优点，并且在电气传动装置上，采用了自关断电力半导体器件，可以有效节约原材料。
3.2交—直—交变频器在轧钢传动中应用
GTO元件在大功率高电压变频调速领域，曾具有重要的地位。世界各国在二十世界九十年代，在的中牵引机车上普遍应用GTO变频调速后，就对轧机主传动GTO变频调速系统进行了研制。近年来，在世界各国轧机传动的领域中，高电压大功率电力半导体器件的研制已经成为竞争重点。瑞士公司已经在GTO元件基础上，研制成功了集成门极换流晶闸管IGCT，它是一种新型大功率电力半导体器件。它的器件在结构设计中，将驱动电路集成到了器件旁边，减少了控制门极回路的电感，相比GTO损耗，IGCT的开关明显减少一个数量级，取消了缓冲吸收电路，并大幅度提高了开关的速度，简化了变频器结构，并以此提升了系统的效率。
3.3交—直—交变频器存在的问题
目前，IGBT和IGCT尚未成熟，而GTO元件将面临淘汰，大功率高电压电力电子器件仍然处于发展中；
器件故障造成直通短路保护的问题，在采用IGBT或者IGCT和GTO的变流器中仍然是难题；另外，变流器必须采用高漏抗输入变压器，要不然在电源侧变流器发生直通短路，会直接导致电网短路，一般要求百分之十五，甚至高达百分之二十；
交一直一交变频器一般运行在50Hz以下，这样可以在运行时减低过载能力，甚至减低一半；
交一直一交变频器在输出PWM时，很容易造成电器和电机损伤绝缘疲劳，主要原因是，其所调制电压波形的电压变化率du/dt很高；共模反射电压在输出导线较长时，会在电机侧产生很高的电压，这个电压的峰值在两电平的变流器中，是直流电压的两倍，如果这个电压峰值在三电平的变流器中，则是中间一半电压的三倍；
谐波、轴电流、噪声在交一直一交变频器PWM调制中一直存在的问题。
3.4交—直—交变频器的国产化研究
在我国的低速与大转矩的大型热轧机主传动中，已经广泛应用了国产交一交变频调速系统，但是交一交变频器对于高转速的冷轧机显然不具备优势，所以，冷轧机应采用交一直一交变频器。目前，，在我国“十一五”的重大装备攻关项目中，已经纳入了大功能交一直一交变频驱动冷连轧机的国产化。
结束语：
综上所述，我国在依托了多年积累的晶闸管变流技术的基础上，才取得了轧机传动交一交变频调速系统的有效进步。目前我国多个行业都急需研制大功率交一直一交变频。因此，我国如果没有以自己的器件作为基础，在研制交一直一交变频器国产化的过程中，就不会形成大功率交一直一交变频器的国产化产业。希望我国各科研相关单位，共同开展大功率交一直一交变频器的国产化工作，并研制和完善我国自主创新的IGCT器件。
参考文献：
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