کاربرد اینورترهای فرکانس (VFD) در تجهیزات متالورژی

مبدل‌های فرکانس (درایوهای فرکانس متغیر، VFD) به طور گسترده و حیاتی در تجهیزات متالورژی به کار می‌روند و به عنوان یک دستگاه درایو الکتریکی اصلی برای صنعت متالورژی مدرن عمل می‌کنند تا به تولید کارآمد، صرفه‌جویی در انرژی، دقیق و خودکار دست یابند.

I. حوزه‌های اصلی کاربرد و تجهیزات

فرآیند متالورژی عمدتاً شامل آهن‌سازی، فولادسازی، نورد و فرآیندهای کمکی است، که VFDها در سراسر آن دخیل هستند.

1. جابجایی مواد خام و فرآیند آهن‌سازی

سیستم بارگیری کوره بلند: کنترل بالابر اصلی و میله انبار، که امکان راه‌اندازی نرم، توقف دقیق و کنترل سرعت واگن شیب‌دار را فراهم می‌کند تا توزیع یکنواخت بار در کوره بلند را تضمین کند.

دمنده کوره بلند: حجم و فشار هوا را دقیقاً تنظیم می‌کند، که نشان‌دهنده یکی از مهم‌ترین کاربردها برای صرفه‌جویی در انرژی است. جایگزینی کنترل سنتی دمپر/شیر با تنظیم سرعت VFD می‌تواند مصرف انرژی را به شدت کاهش دهد.

فن‌های حذف گرد و غبار: با توجه به گرد و غبار شدید در کارخانه‌ها، این فن‌ها حجم هوا را بر اساس شرایط عملیاتی تنظیم می‌کنند. عملکرد VFD منجر به صرفه‌جویی قابل توجهی در انرژی می‌شود.

دستگاه ریخته‌گری خوک: سرعت زنجیر نقاله را برای تطبیق با دماهای مختلف آهن مذاب و الزامات خنک‌کننده کنترل می‌کند.

2. فرآیند فولادسازی و ریخته‌گری پیوسته

مبدل/کوره قوس الکتریکی: مکانیزم شیب و بالابر نیزه به کنترل موقعیت نرم و دقیقی نیاز دارند که VFDها از طریق تنظیم دقیق گشتاور و سرعت آن را فراهم می‌کنند.

واگن حمل پاتیل/واگن سرباره: تنظیم سرعت و کنترل شروع/توقف برای مکانیزم حرکت، که به عملکرد نرم برای جلوگیری از پاشش فلز مذاب نیاز دارد.

ریخته‌گر پیوسته:

نوسان قالب: به کنترل فرکانس و شکل موج بسیار دقیق (به عنوان مثال، سینوسی، غیر سینوسی) برای بهبود کیفیت سطح رشته ریخته‌گری نیاز دارد.

دستگاه برداشت/میله کمکی: سرعت ریخته‌گری را کنترل می‌کند، که با نوسان قالب و خنک‌کننده ثانویه همگام‌سازی شده است تا به ریخته‌گری با سرعت ثابت یا متغیر دست یابد.

درایوهای بخش: کنترل همزمان چند موتوره، خروج یکنواخت رشته را تضمین می‌کند.

3. فرآیند نورد فولاد (حوزه اصلی کاربرد)
این منطقه، خواستارترین و پیچیده‌ترین منطقه برای عملکرد VFD است.

آسیاب خشن، آسیاب پرداخت: موتورهای درایو اصلی به طور سنتی DC بودند، اما اکنون به طور گسترده با  جایگزین شده‌انددرایوهای AC VFD با قدرت بالا (به عنوان مثال، کنترل برداری برای موتورهای سنکرون). آنها به سرعت پاسخ دینامیکی، دقت کنترل گشتاور و ظرفیت اضافه بار بسیار بالایی برای یک فرآیند نورد پایدار نیاز دارند.

کویل‌کننده/بازکننده: به کنترل کشش ثابت نیاز دارند. VFD به طور خودکار سرعت و گشتاور را با تغییر قطر کویل تنظیم می‌کند و شکل کویل محکم و مسطح را تضمین می‌کند.

لوپرها: در کارخانه‌های نورد پیوسته، کنترل ارتفاع لوپر به پاسخ گشتاور سریع و دقیق برای حفظ کشش میکرو ثابت نیاز دارد و از انباشته شدن یا کشش مواد جلوگیری می‌کند.

میزهای غلتکی حمل و نقل: موتورهای میز غلتکی متعدد توسط VFDها به صورت گروهی کنترل می‌شوند تا به همگام‌سازی سرعت و راه‌اندازی/توقف نرم دست یابند و ضربه و خراش روی سطح فولاد را کاهش دهند.

4. امکانات کمکی و عمومی

پمپ‌های مختلف (پمپ‌های آب در گردش، پمپ‌های آب خنک‌کننده، پمپ‌های ایستگاه هیدرولیک): جریان را با توجه به تقاضای واقعی تنظیم می‌کنند و به  دست می‌یابندصرفه‌جویی قابل توجه در انرژی.

سیستم هوای فشرده: سرعت کمپرسور را برای تثبیت فشار خط لوله کنترل می‌کند و از چرخه‌های راه‌اندازی/توقف مکرر خط جلوگیری می‌کند.

تجهیزات بالابر (جرثقیل‌های سقفی، جرثقیل‌های متالورژی): مکانیزم‌های بالابر، حرکت طولانی و حرکت متقاطع همگی به کنترل سرعت VFD نیاز دارند تا به  دست یابندنرمی، دقت و ایمنی فوق‌العاده هنگام جابجایی فلز مذاب، که از نوسان بار جلوگیری می‌کند.

II. مزایای اصلی حاصل از کاربرد VFD

• صرفه‌جویی فوق‌العاده در انرژی: مستقیم‌ترین مزیت اقتصادی. برای بارهای فن و پمپ، استفاده از VFDها برای کنترل سرعت می‌تواند  صرفه‌جویی کند20%-50% در مقایسه با کنترل سنتی شیر/دمپر. برای بارهای چرخه‌ای، مصرف انرژی بدون بار را کاهش می‌دهد.
• بهبود دقت کنترل فرآیند و کیفیت محصول:

امکان کنترل دقیق سرعت، گشتاور و کشش را فراهم می‌کند.

توالی سرعت و کشش میکرو ثابت را در کارخانه‌های نورد پیوسته تضمین می‌کند.

دقت ابعادی (ضخامت، پروفیل) و کیفیت سطح محصولات نورد شده را بهبود می‌بخشد.

راه‌اندازی نرم و تنظیم سرعت نرم:

شوک الکتریکی (5-7 برابر جریان نامی) و مکانیکی (چرخ دنده‌ها، یاتاقان‌ها) را در راه‌اندازی مستقیم از بین می‌برد و عمر تجهیزات را افزایش می‌دهد.

تنظیم سرعت گسترده، نرم و بدون پله را فراهم می‌کند.

افزایش اتوماسیون و هوشمندی:

به عنوان یک واحد اجرا، به طور یکپارچه در سیستم‌های PLC/DCS برای کنترل خودکار کل فرآیند ادغام می‌شود.

نظارت از راه دور، تشخیص خطا و نگهداری پیش‌بینی‌کننده را تسهیل می‌کند.

قابلیت اطمینان و سازگاری بالا:

VFDهای مدرن عملکردهای حفاظتی جامع (اضافه جریان، اضافه ولتاژ، اضافه بار، از دست رفتن فاز و غیره) را شامل می‌شوند.

دارای طرح‌های تخصصی یا اقدامات حفاظتی برای محیط‌های متالورژی خشن (دمای بالا، گرد و غبار، گرد و غبار فلزی رسانا، لرزش) هستند.