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交直交变频器在助燃风机控制系统中的应用

   日期:2013-03-23     来源:工控之家网    作者:工控之家    浏览:34    评论:0    
1 引言
  随着科学技术的进步,大功率晶体管电子技术的迅速发展、大规模集成电路和微机技术的突飞猛进,交流电动机变频调速技术已日臻完善,变频调速器用于交流异步电动机调速,其性能胜过以往任何一种交流调速方式,而且结构简单,因而成为交流电动机调速的最新潮。由于笼型电动机占电动机总数的比例很大,故其调速方法和控制技术无疑将成为电动机控制的关键技术,而变频器与笼型电动机的结合则是交流电动机调速系统的最佳选择。
2 恒压频比交直交变频器控制原理
  异步电动机的转速主要由电源频率和极对数决定,改变电源(定子)频率,就可进行电动机调速,即使进行宽范围的调速运行,也能获得足够的转矩。为了不使电动机因频率变化导致磁饱和而造成励磁电流增大,引起功率因数和效率的减低,需对变频器的电压和频率的比率进行控制,使该比率保持恒定,即恒压频比控制,以维持气隙磁通为额定值。
  使用PWM控制交直交变频器恒压频比控制方式原理图如图1所示,转速给定既作为调节加减速度的频率f的指令值,同时经过适当分压,也被作为定子电压u1的指令值,该f指令值和u1指令值之比就决定了U/f比值。由于频率和电压由同一给定值控制,因此可以保证压频比为恒定。为防止电动机启动电流过大,在给定信号之后加有给定积分器,可将阶跃给定信号转换为按设定斜率逐渐变化的斜坡信号ugt,从而使电动机的电压和转速都平缓的升高和降低。此外,为使电动机可正反转,给定信号是可正可负。因电动机的转向由变频器输出电压的相序决定,不需要由频率和电压给定信号反映极性,因此用绝对值变换器将ugt变换位置,输出绝对信号uabs,uabs经电压频率控制环节处理后,得出电压及频率的指令信号,经PWM生成环节形成控制逆变器的PWM信号,再经驱动电路控制变频器中IGBT的通断,使变频器输出所需频率、相序和大小的交流电压,从而控制交流电动机的转速和转向。
3 实际应用
  莱钢中小型车间加热炉所使用燃料为高炉/焦炉混合煤气,助燃风机主要是为炉子燃烧提供助燃氧, 助燃风机送风量的大小直接关系到炉内燃烧是否达到最佳优化效果,是否达到最佳燃烧状态。在原设计中,助燃风机启动后,以最大转速恒定运行送风,送风量的大小是通过调节风机入口处挡板的开口度来实现的,在正常燃烧时,常因挡板开口度检测不准而造成送风量过大或过小,造成钢坯过烧或欠烧,影响后面工序的正常轧制,甚至会出现废品,降低成材率。而再换辊停轧期间,助燃风机还以最大转速恒定运行送风,则造成大量的能源浪费。为提高加热炉工作的可靠性,降低能耗,使炉膛内的煤气燃烧达到最佳优化效果,在炉膛内加装微差压变送器,实时检测炉膛燃烧时的负压,并把该信号传送到PID调节器,经与设定值比较后其差值模拟量送入控制助燃风机的变频器,同步调节其输出频率,使助燃风机根据燃烧要求自动调节送风量,使其达到最佳燃烧状态。在此项改造中,微差压变送器探头的测量点应选择在炉侧壁原预留探口处,这样才能正确测量出炉内负压,由于所选炉内测量点不同,所测出的负压不尽相同,因此,选择测量点至关重要。当炉膛内燃烧效果最佳时,即送风量最佳时,其炉膛内该点的x负压值将维持在一个恒定值,即燃烧效果最佳。
  在现场调试中,由于送风机的转动转动惯性很大,所以造成送风机的电动机在启动或停止间处于发电状态,从而引起控制它的变频器保护动作而停机,因此需要把控制电动机的变频器的软启动时间(即加速时间)和软停止时间(即减时间)分别延长70S以上,以避免变频器因过压保护而故障停机。
4 应用效果
  由于风机、泵类的负载转矩通常与转速的平方成正比,轴功率与转速的立成正比,因此,把以前电动机定速运转、用挡板阀门调节风、水量的方法,改为根据所需的风、水量调节转速,就可以获得有效的节电效果。图2给出了助燃风机转速、风量控制与功率之间关系。
  理想曲线表示采用效率为100%调速装置进行转速控制所需的功率,与挡板控制相比较,变频器控制效率最高,接近于理想曲线,节能效果显著,有较高的控制精度及较宽的调速范围,便于使用和维护以及易于实现自动控制及远程控制等功能,因而应用比较广泛。
5 使用变频器注意事项
  (1)选用在输出侧最大电流时的电压下降为额定电压2%以下的电缆尺寸。
  (2)弱电控制接线距离电力电源线至少要100m以上,绝对不可放在同一个导线槽之内;另外,控制电路配线与主电路配线相交时要成直角相交。
  (3) 控制回路的配线应该采用屏蔽双绞线,双绞线绞合的节距应在案15m以下。
  (4) 为防止多路信号的相互干扰,信号线以采用分别绞合为宜。
  (5) 如果操作指令来自远方,需要控制电路配线变长时,可以采用中继继电器控制。
  (6) 地线除了可防止触电外,对防止噪声也很有功效,所以一定要接地。
参考文献
  [1] 王兆安,黄俊. 电力电子技术. 北京:机械工业出版社,2000,5
  [2] 满永奎.通用变频器及其应用. 北京:机械工业出版社,1996,4
  作者简介
  王大海(1973-) 男 工程师,毕业于武汉科技大学自动化系,从事网络工程及软件开发工作。
 
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