【正文】 .............................. 20 參考 文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 21 1 1 引言 當(dāng)前全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中，有兩條顯著的相互交織的主線：能源和環(huán)境。能源的緊張不僅制約了相當(dāng)多發(fā)展中國(guó)家的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，也為許多發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)?lái)了相當(dāng)大的問(wèn)題。而能源的開(kāi)發(fā)與利用又對(duì)環(huán)境的保護(hù)有著重大影響。 能源工業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，對(duì)于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高都極為重要。有資料表明，受資金、技術(shù)、能源價(jià)格的影響，中國(guó)能源利用效率比發(fā)達(dá)國(guó)家低很多。如果進(jìn)行單位 GNP 能耗（噸標(biāo)準(zhǔn)煤 /千美元）的國(guó)家比較（ 90年代中期），中國(guó)分別是瑞士、意大利、日本、法國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、美國(guó)、加拿大的 倍、 倍、 倍、 倍、 倍、 倍、 倍、和 倍。 由此可見(jiàn)，對(duì)能源的有效利用在我國(guó)已經(jīng)非常迫切。我國(guó)電機(jī)的總裝機(jī)容量已達(dá) 4億千瓦，年耗電量達(dá) 6000 億千瓦時(shí)，約占工業(yè)耗電量的 80%。我國(guó)在用電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的總體裝備水平僅相當(dāng)于發(fā)達(dá)國(guó)家 50 年代水平。 目前，國(guó)內(nèi)變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究非?；钴S， 但是在產(chǎn)業(yè)化方面還不是很理想，市場(chǎng)的大部分還是被國(guó)外公司所占據(jù)。 隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及控制理論的發(fā)展，變頻器己經(jīng)廣泛應(yīng)用于交流電動(dòng)機(jī)速度控制，“變頻調(diào)速”幾乎成了自動(dòng)化的代名詞。機(jī)械行業(yè)中應(yīng)用變頻器是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的重要乎段；在工礦企業(yè)自動(dòng)化技術(shù)中，交流伺服系統(tǒng)正在取代直流伺服系統(tǒng) 。 過(guò)去，當(dāng)需要調(diào)節(jié)風(fēng)量或流量時(shí)，采用的辦法是調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)或節(jié)流閥的開(kāi)啟程度，不改變電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況 .這種方法雖然簡(jiǎn)單，但是不能節(jié)省電能，這是很不經(jīng)濟(jì)的 .采用變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵及油泵進(jìn)行速度控制，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)風(fēng)量和流量，對(duì)于節(jié)約能源，提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。這三種鍋爐的燃燒過(guò)程控制基本相同，只有燃料量的調(diào)節(jié)有所區(qū)別。下面以 20t 燃煤蒸汽鍋爐為例，介紹變頻器的應(yīng)用。由于蒸汽鍋爐的過(guò)程控制系統(tǒng)包括汽包水位控制和燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)，兩系統(tǒng)在鍋爐運(yùn)行過(guò)程中相互耦合，所以控制起來(lái)非常困難。不考慮系統(tǒng)間的耦合。在圖中， FT 表示流量傳感器， FIC表示流量控制器， PT 表示壓力傳感器， FT FIC1 和變頻器 1組成鼓風(fēng)機(jī)控制回路。這主要通過(guò)變頻器 1調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)。通常燃煤鍋爐的運(yùn)行都要求爐膛負(fù)壓保持在 20 40Pa 的范圍內(nèi)，如果爐膛負(fù)壓太小，爐膛容易向外噴火，既影響環(huán)境衛(wèi)生，又可能危及設(shè)備及操作人員的安全。爐膛負(fù)壓控制主要通過(guò)變頻器 2來(lái)實(shí)現(xiàn)。鍋爐運(yùn)行時(shí)，蒸汽壓力和蒸汽生產(chǎn)量直接反映了鍋爐燃燒發(fā)熱量。 [1] 3 圖 1 蒸汽鍋爐燃燒控制過(guò)程系統(tǒng)的原理圖 （ 2）根據(jù)圖一可得鍋爐燃燒控制系統(tǒng)框圖，如圖 2 所示 4 圖 2 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)的工作原理 當(dāng)負(fù)載蒸汽量變化時(shí)，主調(diào)節(jié)器接受蒸汽壓力信號(hào) P，輸入給煤量調(diào)節(jié)器，及時(shí)調(diào)節(jié)給煤量，以適應(yīng)負(fù)載的變化。由于送風(fēng)量調(diào)節(jié)器與引風(fēng)負(fù)壓調(diào)節(jié)器之間有動(dòng)態(tài)補(bǔ)償信號(hào)，此時(shí)引風(fēng)負(fù)壓調(diào)節(jié)器也同時(shí)動(dòng)作，這樣就保證了燃燒控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)動(dòng)作。送風(fēng)量調(diào)節(jié)器接受風(fēng)量反饋信號(hào)，及時(shí)反映送風(fēng)量的變化，以提高調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性。 本系統(tǒng)通過(guò)壓力傳感器和流量傳感器將鍋爐的蒸汽壓力、蒸汽流量、風(fēng)量等信號(hào)送給 PLC，然后通過(guò) PLC 將信號(hào)送給變頻器，以控制鼓風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。但目前的情況是，很大一部分風(fēng)機(jī)不是在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行，而是處于變工況下運(yùn)行，為滿足其要求 ,就需對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。而隨著變頻器技術(shù)的飛速發(fā)展和日益廣泛的應(yīng)用，越來(lái)越多的風(fēng)機(jī)采用變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)，節(jié)能效果明顯。 風(fēng)機(jī)的基本參數(shù)有：風(fēng)量 Q，風(fēng)壓 H 及風(fēng)阻 R。根據(jù)風(fēng)機(jī)參數(shù)的比例定律，在不同轉(zhuǎn)速時(shí)的 HQ 曲線如圖 3所示。 其中 Qe是風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量； He 是風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)壓； PHe 是風(fēng)機(jī)的額定軸功率；nHe 是風(fēng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。 圖 3 HQ 曲線 當(dāng)風(fēng)機(jī)的管網(wǎng)風(fēng)阻保持不變時(shí)，其風(fēng)量 Q 與通風(fēng)阻力 f 按阻力定律變化，即f=R?Q2 ，它對(duì)應(yīng)的曲線稱為風(fēng)阻特性曲線。風(fēng)量調(diào)節(jié)又具體分為 2 類 :鼓風(fēng)機(jī)恒速的調(diào)節(jié)和鼓風(fēng)機(jī)變速的調(diào)節(jié)。前倒流器調(diào)節(jié) ,此為離心式風(fēng)機(jī)基本調(diào)節(jié)方式 ,軸流風(fēng)機(jī)亦可用 。更換工作輪調(diào)節(jié) 。改變?nèi)~片寬度調(diào)節(jié) 。 （ 2）鼓風(fēng)機(jī)變速的調(diào)節(jié) 對(duì)于鼓風(fēng)機(jī)變速調(diào)節(jié)，一般選用效率不高而簡(jiǎn)單的調(diào)速方式時(shí)，初期投資低而運(yùn)行費(fèi)用高 ；采用效率高而復(fù)雜的調(diào)節(jié)時(shí)，效果相反。 鼓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速 （ 1）鼓風(fēng)機(jī)實(shí)施變頻調(diào)速應(yīng)結(jié)合發(fā)生爐的特點(diǎn)來(lái)考慮，綜合考慮頻率對(duì)風(fēng)量、風(fēng)壓的影響 ,否則實(shí)施后效果可能會(huì)很差。如某鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)風(fēng)量為 10000 m3 /h，實(shí)際僅需 6000 m3 /h，因轉(zhuǎn)速與頻率成正比，風(fēng)量與頻 率成正比，風(fēng)壓與頻率的平方成正比，風(fēng)機(jī)消耗功率與頻率的立方成正比，若將頻率降低至 30 Hz 可滿足要求，節(jié)電率也非常高，但風(fēng)壓卻降低至 36%，不能滿足水煤氣生產(chǎn)過(guò)程要求。根據(jù)水煤氣的生產(chǎn)特點(diǎn)，鼓風(fēng)機(jī)的高頻全速運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)在吹風(fēng)階段，而低頻運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)在制氣階段，那么可以在對(duì)發(fā)生爐鼓完風(fēng)后取一個(gè)信號(hào)使鼓風(fēng)機(jī)低速運(yùn)行，而在制氣結(jié)束后取一個(gè)信號(hào)使鼓風(fēng)機(jī)全速運(yùn)行。大致有 3 個(gè)方案：①?gòu)臅r(shí)間段上取 ，如吹風(fēng)定為70 s，在吹風(fēng)時(shí)間達(dá)到 70 s 時(shí)，發(fā)出降頻信號(hào)，使變頻器帶動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)。③從各氣動(dòng)或液動(dòng)閥門(mén)上行程開(kāi)關(guān)取信號(hào)。具體實(shí)施時(shí)，還應(yīng)充分考慮變頻器帶動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)的時(shí)間，否則生產(chǎn)階段進(jìn)入吹風(fēng)過(guò)程時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)從低速開(kāi)始加速，風(fēng)量風(fēng)壓還遠(yuǎn)未達(dá)到要求，對(duì)生產(chǎn)影響大。 （ 3）鼓風(fēng)機(jī)實(shí)施變頻調(diào)速后應(yīng)掌握好節(jié)電和節(jié)能的關(guān)系 ,找出最佳平衡點(diǎn)，達(dá)到既節(jié)電而發(fā)生爐產(chǎn)氣能力、產(chǎn)氣率變化又不大的目的。 （ 4）應(yīng)充分考慮鼓風(fēng)機(jī)實(shí)施變頻調(diào)速后在頻率從低頻到高頻爬升階段的能耗，給鼓風(fēng)機(jī)提速留出適量的時(shí)間，不能主觀的認(rèn)為在制氣階段頻率可降至零，以最大限度的節(jié)電 ，因?yàn)楣娘L(fēng)機(jī)在頻率爬升階段運(yùn)轉(zhuǎn)電流很大，甚至超出正常電流的 30 %－ 50%,這階段時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，節(jié)電效果會(huì)很差，時(shí)間過(guò)短變頻器會(huì)因過(guò)流而保護(hù)。 [3] 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 變頻器的選型 變頻調(diào)速的基本原理 當(dāng)在一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組上加上三相交流電壓時(shí)，該電壓將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其速度由定子電壓的頻率所決定。當(dāng)將三相異步電動(dòng)機(jī)繞組的任意兩相進(jìn)行交換時(shí)，所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向?qū)l(fā)生改變。 異步電動(dòng)機(jī)定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速被稱為異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，其同步轉(zhuǎn)速由電動(dòng)機(jī)的磁極個(gè)數(shù)和電源頻率所決定 : ns=50f1/np ns同步頻率 fl電源頻率 np磁極對(duì)數(shù) 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速總是小于其同步轉(zhuǎn)速，異步電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速可由下式給出 : n=ns(1s)=50f1 (1s)/np 式中 : n電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速 s異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率 由式 (2)可知，改變參數(shù) f1,s 中的任意一個(gè)就可以改變電動(dòng)機(jī)