摘 要：變頻調(diào)速技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種先進技術(shù)。由于節(jié)能降耗對于鍋爐調(diào)速控制系統(tǒng)越來越重要，因此，在鍋爐調(diào)速控制系統(tǒng)中廣泛使用變頻器勢在必行。

關(guān)鍵詞：變頻器 鍋爐調(diào)速控制系統(tǒng) 應(yīng)用

中圖分類號：TK22 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（c）-0097-01

變頻器自80年代進入實際應(yīng)用以來，主要以交流電動機的節(jié)能應(yīng)用為主。但是進入90年代后，隨著計算機技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器得到了迅猛發(fā)展。由于交流電動機結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、無需換向裝置，可適用于各種工作環(huán)境，縱觀科學(xué)技術(shù)的進步與發(fā)展，實踐證明，使用以變頻器為核心的交流調(diào)速系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用范圍和可觀的社會、經(jīng)濟效益。變頻器在工業(yè)鍋爐自動控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，實現(xiàn)了設(shè)備調(diào)速節(jié)能運行、改善操作環(huán)境之目的。

開灤股份范各莊礦業(yè)分公司水暖科鍋爐房共有4臺20 t蒸汽鍋爐，附屬鼓引風(fēng)機、鍋爐上水泵和爐排調(diào)電機設(shè)備等在未采用變頻控制前有以下主要問題。

（1）電能消耗較大：鍋爐運行中，鼓引風(fēng)機、水泵電機啟動后始終處于全速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，電機轉(zhuǎn)速無法根據(jù)鍋爐運行負荷大小進行調(diào)節(jié)，造成電能浪費。（2）電機啟動電流過大，對供電設(shè)備及電路影響損害較大。（3）鼓引風(fēng)機噪音較大，給操作人員身體健康造成不利。

從2009年至2012年，水暖科鍋爐房先后完成了對鍋爐調(diào)速控制系統(tǒng)所有設(shè)備的變頻改造，上述問題也得到了徹底解決。改造后有效降低了鍋爐設(shè)備的運行事故率，節(jié)能效果顯著，兩年即收回了成本投入。它也使過去復(fù)雜的調(diào)速系統(tǒng)變得非常簡單，為設(shè)計和應(yīng)用提供了極大便利。

1 變頻器的主要作用

節(jié)能：在風(fēng)機。水泵等方面的額機械運行中都是運用變頻器來實現(xiàn)調(diào)速運行的，它的特點就是在節(jié)能上有著最明顯的效果，同時變頻器的也是最為重要的一個應(yīng)用領(lǐng)域。

提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量：在生產(chǎn)線的流水作業(yè)控制等方面，往往存在快速運行，準(zhǔn)確停車，重載恒速輸送，輕載高速返回等許多工藝要求。采用變頻調(diào)速，可以很好地解決這些矛盾。并且逐步取代直流電機，使生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)更加合理，生產(chǎn)力大幅度提高。

防止沖擊電流：由于變頻器可以方便地實現(xiàn)軟啟動，因而可以有效地減少電動機啟、停時對電網(wǎng)的沖擊，改善電源容量裕度。

可以方便地實現(xiàn)電動機的正、反向運行，不需要主回路交流接觸器的互導(dǎo)切換，減少故障維修。

2 變頻器用于鍋爐調(diào)速控制系統(tǒng)中的主要目的

變頻器在工業(yè)鍋爐自動控制系統(tǒng)中，主要用于鼓引風(fēng)機、供水泵和除渣系統(tǒng)，最主要的目的是節(jié)能。由流體力學(xué)可知，P（功率）=Q（流量）×H（壓力），流量Q與轉(zhuǎn)速N的一次方成正比，壓力H與轉(zhuǎn)速N的平方成正比，功率P與轉(zhuǎn)速N的立方成正比，如果水泵或風(fēng)機的效率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量下降時，轉(zhuǎn)速N可成比例的下降，而此時軸輸出功率P成立方關(guān)系下降。即水泵或風(fēng)機電機的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。例如：一臺水泵電機功率為55 kW，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的4/5時，其耗電量為28.16 kW，省電48.8%，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的1/2時，其耗電量為6.875 kW，省電87.5%。采用變頻器驅(qū)動具有很高的節(jié)能空間。目前許多國家均已指定流量壓力控制必須采用變頻調(diào)速裝置取代傳統(tǒng)方式，中國國家能源法第29條第二款也明確規(guī)定風(fēng)機泵類負載應(yīng)該采用變頻調(diào)速。

3 變頻器在鍋爐調(diào)速控制系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)上的應(yīng)用及特殊性

爐排電機與鼓、引風(fēng)機電機選用的變頻器不同。爐排電機變頻選用的是恒轉(zhuǎn)矩變頻器，鼓、引風(fēng)機變頻選用的是恒功率變頻器。

3.1 鼓、引風(fēng)機控制

由于鍋爐鼓、引風(fēng)機電機功率相對較大，且在鍋爐運行中，隨著負荷的增減，鼓、引風(fēng)機調(diào)節(jié)的幅度相對也較大，因此對鼓引風(fēng)機進行變頻控制節(jié)電效果最為顯著。通常風(fēng)機調(diào)節(jié)風(fēng)量和壓力的方法有控制輸出或輸入端的風(fēng)門和控制風(fēng)機轉(zhuǎn)速兩種。采用控制輸出或輸入端風(fēng)門的方式，管路的節(jié)流阻力改變時，可以得到所需的送風(fēng)特性。這種方法的優(yōu)點是初期投資少、控制簡單，但是由于電動機的輸出功率大部分消耗在壓力上，故能源浪費大、控制精度低。隨著變頻器的發(fā)展，采用變頻調(diào)速裝置容易操作，并可以實現(xiàn)高功能化和節(jié)能目的。由于變頻器本身也消耗功率，其輸出功率比標(biāo)稱功率略小，因此變頻器容量選擇應(yīng)加大一檔，以使變頻器可以適當(dāng)提高頻率（即轉(zhuǎn)速）運行，保證鍋爐系統(tǒng)風(fēng)量。

3.2 爐排變頻控制

爐排電動機功率較小，因此采用變頻控制的目的是穩(wěn)定運行，同時也有很大的節(jié)電作用。爐排變頻控制有其特殊性：

由于爐排長期保持低速運行狀態(tài)，所以會出現(xiàn)電動機發(fā)熱問題。宜選擇變頻電機。由于低速運行時變頻器輸入電流很小，但輸出電流則遠大于電機額定電流。為保證電動機恒轉(zhuǎn)矩運行，變頻器必須是低電壓和大電流。因此，變頻器選型也必須加大一檔，從而保證爐排電動機長期低速運行。

3.3 恒壓供水

通過對鍋爐上水泵的變頻控制，可以實現(xiàn)恒壓供水。對供水系統(tǒng)進行的控制，歸根結(jié)底，是為了滿足用戶對流量的需求。流量控制常見的方法有閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法兩種，在所需流量小于額定流量的情況下，轉(zhuǎn)速控制法的揚程比閥門控制法小得多，大大節(jié)省供水功率，同時也提高了水泵工作效率，延長水泵工作壽命。通常供水流量增大，則壓力也增大，反之壓力減小，壓力成為用來作為控制流量大小的參變量。即在電動機工作效率處于最佳狀態(tài)下動態(tài)保持供水系統(tǒng)中管道壓力的恒定，也就保證了供水能力和用水量的平衡狀態(tài)，恰到好處地滿足了用戶所需的用水流量，這就是恒壓供水所要達到的目的。當(dāng)用水流量減小時，供水能力大于用水流量，壓力上升，反饋信號上升，給定信號與反饋信號合成后給變頻控制器的信號下降，變頻器輸出頻率減小，執(zhí)行機構(gòu)（電動機）轉(zhuǎn)速降低，供水能力下降，直到壓力大小回復(fù)到給定值，供水能力與用水量重新平衡；反之一樣。

4 變頻器使用時注意事項

因變頻器運行時產(chǎn)生高次諧波，會對電機及周圍設(shè)備產(chǎn)生干擾，所以要裝電抗器。

變頻器的輸入信號很小，對干擾很敏感，一旦輸入信號存在問題，電動機將會出現(xiàn)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)、發(fā)熱等問題，所以安裝一定要加裝單獨的屏蔽線，方可避免此類問題。環(huán)境溫度變化，使用空調(diào)進行冷卻。變頻器調(diào)速范圍要注意：一般控制為50%～70%（低于30 Hz，潤滑系統(tǒng)不保證）。變頻系統(tǒng)的供電電源和其他設(shè)備的供電電源相對獨立。

5 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟高速發(fā)展，能源緊缺問題已成為世人不得不面對的現(xiàn)實，異常激烈的市場競爭已滲透到各行各業(yè)的每個角落中。供暖鍋爐房作為能耗大戶，降低生產(chǎn)成本，已經(jīng)成為生產(chǎn)經(jīng)營過程的重要因素，在鍋爐調(diào)速控制系統(tǒng)中廣泛使用變頻器，其經(jīng)濟效益十分可觀。

參考文獻

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