中圖分類號：TM621.2文獻標識碼：A摘要：變頻器是應用現代電力電子技術與微電子技術，通過改變電機工作電源的頻率和電壓來控制交流電動機的電力傳動元件。變頻器的功能在于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，能實現對交流電機的軟啟動、變頻調速、提高運轉精度、改善功率因數、過流、過壓、過載保護等功能。本文就變頻器在鍋爐自動化控制中的應用進行探討。

關鍵詞：變頻器；鍋爐自動化 ；應用一、變頻器控制原理

可編程控制器(PLC ——Programmable logic Controller) 是該系統(tǒng)的核心控 制器件，具有節(jié)約成本、功耗低、體積小及重量輕等特點。P LC控制是一種安全、高效的控制方式，具有控制精度高、可靠性好、控制程序可隨工藝改變、易與計算機接口及維修方便等諸多高品質性能。上位機采用了WIN CC智能化運 行軟件，更好地實現了人機對話，具有操作管理、輸出控制、參數實時修改、歷史數據保存、顯示報表生成與打印等多種功能。

該系統(tǒng)采用現場總線及工業(yè)以太網技術、西門子S7—300系列P LC控制元器件和產品，采用分散控制、集中管理、綜合監(jiān)控的模式，實現鍋爐最優(yōu)化控制及 鍋爐耗能管理自動化，監(jiān)控系統(tǒng)結構清晰，網絡層次分明。

變頻器是該系統(tǒng)的另一關鍵器件，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。其基本原理是根據電機轉速與工作 電源輸入頻率成正比的關系：

N=60 f (1- s) /p

式中n、f、s、 p—— 分別表示轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數。

通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。在節(jié)能的同時，變 頻器對電機進行節(jié)能調速的同時還具備電機保護功能，可以針對電機過流、缺相、過熱等故障進行報警和保護，大幅延長了電機的使用壽命，減少了其維護費用。變頻器還具備軟啟動功能，這將減少電機啟動時對電網的沖擊，提高了用電質量 。

鍋爐安全運行的重要參數采用PID控制。運用PID控制規(guī)律對許多工業(yè)過程進行控制時，均可得到滿意的結果。PID調節(jié)器既能消除靜差，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性，又可加快過渡過程，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，是一種比較完善的調節(jié)規(guī)律。

二、鍋爐系統(tǒng)存在的問題

鍋爐系統(tǒng)的組成可用圖1所示的鍋爐系統(tǒng)框圖來表示，圖1中所示的鍋爐系統(tǒng)框圖，鼓風機、引風機的驅動電機功率都是75 kW，均采用傳統(tǒng)的自耦變壓器啟動：鼓、引風的風量通過操作器調節(jié)風門大小來實現。爐排驅動電機功率為3kW，采用滑差離合器調速；給水水泵電機功率為37 kW，由于啟動負荷低，可以直接啟動，水量采用調節(jié)閥門控制。

圖1鍋爐系統(tǒng)框圖

在用汽高峰時段，鍋爐需要滿負荷運行，鼓、引風機的額定風量得到充分利用，鍋爐爐排及減速機根據需要以較快的速度運轉，鍋爐給水泵也在額定負荷狀態(tài)下供水，這時，鍋爐的運行效率最高，生產單位蒸汽的用電量最低；在用汽量比較平穩(wěn)時，鍋爐達不到滿負荷運行，鼓、引風機的額定風量只要—部分得到利用，鍋爐爐排及減速機運轉速度較慢，鍋爐給水泵的額定負荷得不到充分發(fā)揮，這時，鍋爐的運行效率就會降低，生產單位蒸汽的用電量就會提高；當用汽量較小時，鍋爐的運行負荷較低，鼓、引風機的額定風量只有一小部分被利用，鍋爐爐排及減速機運轉速度很慢，鍋爐給水泵的額定負荷大部分被浪費，這時，鍋爐的運行效率最低，生產單位蒸汽的用電量最高。

在鍋爐負荷較小時，鼓、引風機的額定風量除一部分被利用外，其他部分的風量都被調節(jié)風門擋板擋在外面：水泵供應的水量大部分被閥門截流，這是造成鍋爐運行效率低、生產單位蒸汽的用電量高的真正原因。

三、變頻器在鍋爐調速控制系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)上的應用

（一）鼓風機、引風機控制

鼓風機、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、引風機凋節(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 =0.512P 1即可降低能耗近 50%。對于鼓、引風機的風量裕度問題，可以適當提高變頻器的輸出頻率(大于50H z)，即提高轉速運行，以保證鍋爐系統(tǒng)有足夠的風量。否則，極易造成原來系統(tǒng)大負荷時風量夠用(但裕度小)，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。

（二）爐排變頻控制

爐排電動機很小，而采用變頻器控制的主要目的是穩(wěn)定運行，當然，節(jié)電效果也很大，只是絕對數值占的比重很小。

（三）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。

四、變頻器在工業(yè)鍋爐應用中的優(yōu)點

（一）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相比，通過高速通訊連接的變頻器系統(tǒng)更加高效、自動化。

（二）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所配電網的容量。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，如傳感器、接近開關和接觸器等均

可能會出現誤動作。而采用變頻調速后，由于能在零頻零壓時逐步啟動，則能最大程度地消除電壓下降。

（三）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)，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。

（四）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。

（五）節(jié)能效果顯著

由于最終的能耗是與電機的轉速立方成正比，所以采用變頻后，大大地節(jié)約了電能，投資回報快，用戶也愿意接受。

五、結語

計算機控制系統(tǒng)改造鍋爐，能充分利用變頻器調速范圍寬、調速精度高、保護功能完善、運行穩(wěn)定可靠、節(jié)能效果顯著的優(yōu)點，還能通過自動化控制技術實現安全生產，既節(jié)煤、節(jié)電，又安全、環(huán)保，具有良好的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

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