急需變頻器應用在工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)中的具體案例!

【專家解說】：">三晶變頻器在工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)中的應用
本文介紹了 變頻器在工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)應用中的節(jié)能原理、應用方法及 變頻器選型,與 變頻器相關的保護裝置及接至電動機導線的選擇。
1、引言
變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。它的主電路都采用交-直-交電路。
從理論上我們可知，電機的轉速 N 與供電頻率 f 有以下關系：
n = 60f（1 - s）/p （1）
其中： p--電機極對數 S--轉差率
由式(1)可知，轉速 n 與頻率 f 成正比，如果不改變電動機的極對數，只要改變頻率 f 即可改變電動機的轉速，當頻率 f 在 0～50Hz 的范圍內變化時，電動機轉速調節(jié)范圍非常寬。 變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。在工業(yè)領域里的應用日益廣泛。隨著變頻器的造價日趨降低，利用變頻器驅動異步電動機所構成的調速控制系統(tǒng)，越來越發(fā)揮出巨大的作用。
2、 變頻器在鍋爐控制系統(tǒng)中的主要目的
變頻器在工業(yè)鍋爐自動控制系統(tǒng)中，主要用于鼓風機、引風機、供水系統(tǒng)及除渣系統(tǒng)、轉矩之間的關系。這些關系是：
流量∝轉速，壓力∝轉矩∝轉速的平方，功率∝轉速的三次方。
即：風機或水泵流量與轉速的一次方成正比，壓力與轉速的二次方成正比，而軸功率與轉速的三次方成正比。因而，理想情況下有如下關系：

流量（%） 轉速（%） 壓力（揚程）（%） 功率（%）
100 100 100 100
90 90 81 72.9
80 80 64 51.2
70 70 49 34.3
60 60 36 21.6
50 50 25 12.5

由上述關系可見，當需求流量下降時，通過調節(jié)轉速可以節(jié)約大量能源。例如：當流量需求減半時，如通過變頻調速，則理論上講，僅需額度功率的12.5%，即可節(jié)約87.5%的能源。如采用傳統(tǒng)的擋板方式調節(jié)風量，雖然也可相應降低能源消耗，但節(jié)約效果與變頻相比，則是天壤之別。
3、 變頻器在鍋爐調速控制系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)上的應用
3.1、爐排電機選用的 變頻器與鼓、引風機選用的 變頻器型號不同。
爐排變頻選用恒轉矩變頻器，鼓、引風機變頻選用恒功率變頻器。
3.2、鼓、引風機控制
鼓、引風機采用變頻控制，這是鍋爐系統(tǒng)中變頻應用的重頭戲。即是節(jié)電最顯著的部分，同時也是變頻投資最大的部分。這主要是由于鼓、引風機調節(jié)的幅度相對也較大。 變頻器在工業(yè)鍋爐調速控制系統(tǒng)中，主要應用于鼓風機、引風機、供水系統(tǒng)及除渣系統(tǒng)。其最主要的目的在于節(jié)約能源。采用變頻調速方法節(jié)能的原理，是基于流量、壓力、轉速、轉矩之間的關系。這些關系如公式：P2（n2/n1)3P1=0.512P1即可降低能耗近50%。在鼓、引風機的風量裕度問題，以使 變頻器可以適當提高頻率（大于50Hz）即提高轉速運行，以保證鍋爐系統(tǒng)有足夠的風量，否則，極易造成原系統(tǒng)大負荷時風量夠用（但裕度?。?，變頻改造后，大負荷時風量不夠的尷尬局面。其原因在于變頻本身也消耗一部分功率，其輸出功率比標稱功率略小的緣故。
3.3、爐排變頻控制
爐排電動機很小，因而采用 變頻器控制。其主要目的是穩(wěn)定運行。當然節(jié)電也很大只是絕對數值占的比重很小。爐排變頻控制的特殊性在于：
3.3.1、爐排由于經常處于低速運行，所以電動機散熱會出現問題，解決的方法是選用變頻專用電動機。
3.3.2、由于低速運行時 變頻器輸入電流很小，但輸出電流很大，遠大于電機額定電流。此時 變頻器是采用低壓大電流保證電動機恒轉矩運行。因此， 變頻器必須提高一檔選型。否則，無法保證爐排電動機的低速運行。
3.4、恒壓供水
在鍋爐供水系統(tǒng)中，采用變頻控制，既能大量節(jié)約能源，又能穩(wěn)定供水系統(tǒng)的壓力，保障鍋爐系統(tǒng)的安全運行，是非常有實際意義的，并且供水系統(tǒng)的電動機相對鼓、引風機而言容量較小，投資不大。因此，非常值得推廣采用。
供水系統(tǒng)變頻應用的特殊性：鍋爐供水系統(tǒng)一般采用多臺電動機，并聯母管式供水，沒有必要每臺電動機都采用變頻。既經濟又可靠的方法是：只有兩臺電動機由變頻自動控制且這兩臺電動機為一用一備方式工作。主要是利于電動機檢修。其他供水電動機仍采用常規(guī)控制方法，其原因有兩點：
3.5、在并聯母管式供水方案下，全自動控制供水方案不實用，無實際意義。主要原因是每臺水泵的單向止回閥泄露問題和更換問題。全自動控制供水時，單向止回閥前后的截止閥必須始終保持打開狀態(tài)，才能保證自動控制電動機啟動后，水能夠自動流出。但隨著鍋爐負荷的增減，水泵電動機不會全部運行。這樣，不運行的水泵電動機，由于單向止回閥在水壓的作用下，極易發(fā)生泄露，造成水的回流及電動機的反轉。而當需要停止的水泵運行時，電動機由反轉變?yōu)檎齻鞯倪^程中，由于電動機的超負荷大電流，必然造成控制電路超負荷跳閘。解決的方法是：采用半自動控制，設定供水壓力上、下限報警。上限報警時，通知操作人員關掉一臺水泵。下線報警時。通知操作人員啟動一臺水泵。而變頻控制的水泵則保證在可調范圍內的恒壓供水。每臺水泵電動機均采用變頻控制，投資太大，且由于上述原因，也沒有必要，并且不實用。
3.6、沖渣泵的變頻控制
沖渣泵采用變頻控制，其目的有兩點：節(jié)約電力，節(jié)約水。
方法是采用高、低速分時控制。高速運行一段時間，然后，低速運行一段時間，自動交替運行。高速運行時把爐渣沖走，低速運行時保證爐渣滅火。
4、 變頻器在工業(yè)鍋爐應用中的優(yōu)點:
4.1、 實現了自動控制，揭開了鍋爐運行自動化的新篇章。使難以控制的燃燒過程實現了自動化，減少勞動強度。在網絡化日益普及的今天，與普通的點對點硬線連接方式而言，通過高速通訊連接的 變頻器系統(tǒng)可以最大程度上降低系統(tǒng)維護時間、提高生產效率、減少運行成本。
4.2、控制電機的啟動電流。當電機通過工頻直接啟動時，它將會產生7到8倍的電機額定電流。這個電流值將大大增加電機繞組的電應力并產生熱量，從而降低電機的壽命。而變頻調速則可以在零速零電壓啟動（當然可以適當加轉矩提升）。一旦頻率和電壓的關系建立， 變頻器就可以按照V/F或矢量控制方式帶動負載進行工作。使用變頻調速能充分降低啟動電流，提高繞組承受力，用戶最直接的好處就是電機的維護成本將進一步降低、電機的壽命則相應增加。
4.3、降低電力線路電壓波動。在電機工頻啟動時，電流劇增的同時，電壓也會大幅度波動，電壓下降的幅度將取決于啟動電機的功率大小和配電網的容量。電壓下降將會導致同一供電網絡中的電壓敏感設備故障跳閘或工作異常，如咒機、傳感器、接近開關和接觸器等均會動作出錯。而采用變頻調速后，由于能在零頻零壓時逐步啟動，則能最大程度上消除電壓下降。
4.4、可對風機的風量作平滑的無級調速，風機工作在最佳工作點，工況曲線更符合系統(tǒng)，可提高風機效率，避免了“喘振”現象。穩(wěn)定了爐膛壓力，滿足工作環(huán)境的要求。
4.5、低速運行可以減少磨損，降低噪音，有利于延長電機和風機的使用壽命。
4.6、節(jié)能效果顯著。由于最終的能耗是與電機的轉速成立方比，所以采用變頻后，大大地節(jié)約了成本，投資回報更快，用戶也愿意接受。
5、變頻器實際應用中存在的問題
5.1、缺相保護問題
變頻器本身有各種保護功能，且功率強大。但在實際應用中，發(fā)現變頻器的缺相保護并不完善。主要是變頻器在運行過程中，發(fā)生缺相，它能夠有保護作用，但如果送電時就發(fā)生缺相，則變頻器本身并不能檢測和保護。一旦啟動變頻器，在啟動初始低速運行階段，由于單相大電流，極易造成變頻器燒損。所以在設計變頻器控制電路時，應設計缺相保護電路，以防意外損壞。
5.2、變頻器功率的選擇
選擇變頻器時，要充分考慮原系統(tǒng)電機裕度問題。否則，原系統(tǒng)電機運行正常，改變頻控制后，發(fā)現變頻電機容量不夠，再更換大一檔變頻，必然造成不必要的損失與麻煩。
5.3、遠距離變頻控制的可靠性問題
變頻器的控制端子，均為弱電直流信號或節(jié)點信號，當采用遠距離控制時，應充分考慮線路的抗干擾問題和損耗問題。尤其是當采用開、關量進行加、減速控制時，要使節(jié)點輸出盡可能與變頻安置在一起，以防無源節(jié)點的線路阻抗和干擾造成控制不靈敏或失效。
5.4、設計選型中的其它問題【3】
5.4.1、空氣斷路器的選擇
由于 變頻器具有軟啟動、無沖擊的特性，所以、空氣開關可以按 變頻器容量選擇。不需要考慮電動機啟動時的電流沖擊。
5.4.2、熱保護的選擇
由于變頻器控制單臺電動機，不需要選擇熱保護繼電器，直接采用變頻器的熱保護即可。但若同時控制多臺電動機，則每臺電動機的熱保護要單獨計算及選擇。但選擇時，要根據電動機低速運行時的電流情況選擇，而不是根據電機額定電流選擇。此電流比電動機額定電流大得多。
5.4.3、電流、電壓的檢測問題
由于變頻器輸出端的電流、電壓隨頻率發(fā)生變化，所以、對變頻設備的電流、電壓檢測均應在變頻器的進線端進行。即電流互感器、電壓表均應設計在進線端。即空氣斷路器后，變頻器前。
5.4.4、導線問題
變頻器進線可以適當減少裕度。因為變頻器節(jié)電的特征，即是減少進線電流。但變頻器的出線要適當加大裕度，尤其是長期低速運行的變頻器設備，其輸出電流是相當大的。
6，三晶變頻器在江門某染廠鍋爐系統(tǒng)中的應用；
該系統(tǒng)鼓風，引風采用兩臺三晶SAJ8000系列160KW變頻器，恒壓泵采用三晶75KW變頻器，循環(huán)泵采用三晶45KW變頻器，另外其他一些小電機采用電磁調速器調速。該系統(tǒng)采用控制室內集中控制，顯示，人性化管理，以下為該系統(tǒng)現場圖片：

7、結束語

工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)采用變頻器調速實現鍋爐的控制，穩(wěn)定性和可靠性高，調節(jié)特性好。由于變頻器可以非常平滑穩(wěn)定地調整，運行人員可靈活地調控燃燒系統(tǒng)、供水系統(tǒng)，提高了鍋爐效率，減少工作強度。變頻調速使電機運行明顯改善，維護量明顯減少，同時大大減少和機械系統(tǒng)變速機構和控制機構。使系統(tǒng)更加方便操作，設備工作效率明顯提高，系統(tǒng)采用過流、過壓、瞬時斷電、短路、欠壓、缺相等多種保護，避免了因此贊成電機燒損而影響生產所帶來的直接和間接經濟損失，更為重要是它的節(jié)能效果取得了可觀的經濟效益。