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        變頻調(diào)速技術在保持鍋爐爐膛負壓控制中的研究

        2012-03-12 10:42:00齊盛孫艷波
        中國新技術新產(chǎn)品 2012年15期
        關鍵詞:控制電路爐膛三相

        齊盛 孫艷波

        (大慶油田電力集團油田熱電廠,黑龍江 大慶 163714)

        1.概述

        提高鍋爐的自動化水平,是提高鍋爐效率的主要途徑也是提高電廠經(jīng)濟效益的方法之一。正常運行時鍋爐爐膛的壓力通過自動控制維持穩(wěn)定,如果正壓過大,超過鍋爐水冷壁或煙風道結構強度,會造成爐膛或煙風道撕裂、外鼓損壞的事故,同時火焰外噴,容易造成傷人事故;如果負壓過大,會造成爐膛或煙風道被大氣壓力壓癟的損壞事故,因此正確控制爐膛內(nèi)部的壓力變化,對避免造成爐膛損壞事故起著積極重要的作用。從安全和節(jié)能的角度考慮,采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)引風機的風量使爐膛壓力維持穩(wěn)定,取代傳統(tǒng)的節(jié)流或擋板控制風量大小的調(diào)節(jié)方法。

        本文采用IGBT-PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)對引風機進行變速調(diào)節(jié),它主要包括四個部分:六管IGBT模塊主電路,8098單片機和SA866DE三相PWM產(chǎn)生器構成的控制電路,M57962驅動模塊和保護電路。此系統(tǒng)結構簡單、運行可靠、模塊化電路板面積較小,對爐膛負壓控制效果好。

        2.爐膛負壓控制方案

        本文設計的爐膛負壓調(diào)控系統(tǒng)框圖如圖1所示,以引風機的引風量為控制量,引風機的轉速為控制機構,當鍋爐負荷變化使爐膛壓力變化時,控制系統(tǒng)就可以通過對引風電機的轉速進行調(diào)節(jié)改變引風量的大小,保持爐膛壓力在安全范圍內(nèi)。

        圖2 PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)原理框圖

        3 IGBT-PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)

        IGBT-PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)原理框圖如圖2,整個系統(tǒng)的硬件電路由主電路、控制電路、驅動電路和保護電路等構成。

        3.1 主電路

        主電路的形式是AC/DC/AC逆變電路,由三相整流橋、濾波器、三相逆變器組成。三相交流電經(jīng)三相橋式整流后,得到脈動直流電壓,再經(jīng)電容器和電阻組成的儲能、濾波后以直流電壓供給逆變器。主開關器件選用日本富士公司生產(chǎn)的P系列IGBT模塊,構成本系統(tǒng)三相逆變器,它的優(yōu)點是具有吸收電路簡單和短路承受能力強的特點;并且由R、C和VD組成關斷吸收電路,不僅可以限制關斷電壓上升率,又可以減少主開關元件的關斷損耗。逆變器的主電路采用三相橋式全控電路,如圖3所示。

        圖3 逆變器的主電路圖

        3.2 控制電路

        8098單片機以及外圍電路和MITEL公司生產(chǎn)的SA866DE三相PWM產(chǎn)生器構成本系統(tǒng)的控制電路。單片機除完成對SA866DE的初始化、輸出脈寬調(diào)制、頻率控制外,同時完成閉環(huán)控制算法的運算及數(shù)據(jù)處理,模擬信號和數(shù)字信號的檢測和保護功能的邏輯判斷等。SA866DE是一種全數(shù)字化高智能的PWM控制器,數(shù)字化的脈沖輸出有很高的精度和溫度穩(wěn)定性;輸出標準的正弦波、增強型波形和高效型波形三種PWM調(diào)制波形;與微處理器接口簡單,微處理器只用很少的時間去控制它,因而有能力進行整個系統(tǒng)的檢測、保護、控制等;SA866DE具有六個標準的TTL電平輸出,可以用來驅動逆變器的六個功率開關器件。

        3.3 驅動電路

        驅動電路的設計采用IGBT專用驅動電路M57962L,M57962L混合集成式驅動芯片最高工作頻率為40kHZ,采用雙電源供電(+ 15V和-10V),輸出電流峰值為±5A,可驅動1.2Kv/300A的IGBT。整個驅動電路的信號延時不超過1.5us,模塊輸入采用高速光電耦合器隔離,并有過電流檢測電流低速關斷IGBT的功能。圖4為M57962L構成的驅動電路,RG取8.5是防止刪控信號震蕩及減小IGBT集電極電壓尖脈沖的電阻,VD為快恢復二極管,VL光耦合器過流保護輸出,外接的兩個47uF電容是用來吸收電源阻抗變化引起的電源電壓波動。

        圖4 驅動電路

        3.4 保護電路

        為使IGBT逆變器安全工作,控制電路中必須有保護電路。保護電路的功能包括過壓保護、過流保護、過載保護。采用電流傳感器模塊測三相逆變器的輸出電流,電流檢測信號經(jīng)測量電阻轉換成電壓信號。過壓保護信號取自主電路濾波電容器端,經(jīng)電阻分壓后獲得。為防止高壓信號進入控制電路,而采用光電隔離。一旦檢測值超過給定值,保護電路發(fā)出的信號和來自單片機的控制信號一起封鎖了SA866DE三相PWM脈沖輸出,使IGBT關斷。

        結語

        本系統(tǒng)采用SA866DE三相PWM控制模塊和IGBT專用驅動模塊電路M57962L所構成的變頻調(diào)速系統(tǒng),其結構簡單,使用方便;為了滿足實際應用要求,只要改變系統(tǒng)參數(shù)就可以快速的改變系統(tǒng)的性能,在控制、保護方面具有較高的智能功能。在本系統(tǒng)中以75kW的引風電機為例,作為閉環(huán)控制使爐膛負壓穩(wěn)定在-10pa~-30pa范圍內(nèi),如改變元器件的參數(shù)即可應用于不同的電機調(diào)速系統(tǒng),因此它的應用有廣闊的前景。

        [1]曲永印.電力電子變流技術[M].冶金工業(yè)出版社,2002.

        [2]曾慶波.單片機應用技術[M].哈爾濱工業(yè)大學出版社,2010.

        [3]臧英杰.電氣傳動的脈寬調(diào)制技術.機械工業(yè)出版社,1999.

        [4]徐德鴻.現(xiàn)代電力電子器件原理與應用技術[M].機械工業(yè)出版社,2008.

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