随着电力电子及集成电路技术的快速发展, 企业节能和安全稳定生产的需要, 变频调速控制技术越来越被广大工业企业所采用。下面结合某电厂锅炉风机设备的使用和改造情况来对变频调速控制技术的原理和控制方式做以下探讨。
1 变频调速控制技术的工作原理
众所周知, 异步交流电机的转速表达式为:n=60f (1-s) /p式中的n、f、s、p分别代表异步电机的转速、频率、转差率和极对数。
由上式可看出, 转速与频率成正比, 只要改变频率即可使电机的转速发生变化, 当频率发生变化时, 电机转速随之发生变化。变频调速控制技术就是通过改变电机的电源频率实现转速调节, 是一种科学有效的调速控制手段。
2 变频调速技术的控制方式
低压变频调速控制的通用参数范围为:输出电压380V～650V, 输出功率0.75kW～400kW, 工作频率0～400Hz, 其的控制方式主要分为以下几类。
(1) 正弦脉宽调制控制方式。这种控制方式的优点是电路简单、成本低, 能达到平滑调速的目的, 已在实际生产工作中得到了广泛应用。但仍存在以下缺点, 该控制方式在频率过低时, 转矩受定子电阻压降的影响比较明显, 导致输出的最大转矩随之减小。另外, 其动态转矩能力和静态调速性能比较差, 存在控制曲线会随负载的改变而变化、转矩响应慢、电机转矩利用率低、低速时性能下降、稳定性差等缺点。
(2) 电压空间矢量控制方式。随着电气控制技术的发展, 人们又研究出电压空间矢量控制方式, 其原理是以电机三相波形逐渐靠近气隙的圆形旋转磁场的轨迹, 生成三相调制波形。后来又逐步引入了频率补偿, 有效减小了速度控制的误差;再通过反馈值估算出磁链幅值, 消除了低速时定子电阻的不利影响, 提高了系统的动态精度和稳定性。但是其控制电路比较复杂, 而且没有对转矩进行调节, 所以系统性能并未得到彻底改善。
(3) 矢量控制方式。矢量控制变频调速的基本原理是将异步电机的三相定子电流通过等效变换成两相交流电流, 再变换为同步旋转坐标系下的直流电流, 然后按照直流电动机的控制要求, 计算出其控制量, 再次经过反向变换, 来达到对异步电动机转速控制的目的。但是同样的存在以下几个缺点:由于转子磁链难以准确观测, 系统的特性受电机运行参数的影响较大, 且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂, 所以实际的控制效果往往难以达到理想效果。
上述变频调速控制技术都是交—直—交方式实现变频控制。其共同缺点是输入功率因数低, 谐波电流大, 直流电路需要大的储能电容, 再生能量又不能反馈回电网, 即不能进行四象限运行。于是, 人们又采用一种新的控制方式即矩阵式变频控制技术。
(4) 矩阵式控制方式其省去了中间环节, 同时也省去了中间设备。能够达到功率因数为l, 且输入电流为正弦波形同时也能四象限运行。其的控制实际不是间接的控制电流、磁链等量, 而是把转矩直接作为被控制量来实现的。具体控制方法是:引入定子磁链观测器控制定子磁链;依靠精确的电机数学模型, 对电机的运行参数自动跟踪识别;用定子阻抗、互感、磁饱和因素、惯量等参数计算算出实际的转矩、定子磁链、转子速度并进行实时控制;矩阵式变频控制技术可以达到转矩响应<2ms, 速度精度达到±2%, 转矩精度<+3%;另外还能够达到较高的起动转矩和高转矩精度, 在低转速时, 输出转矩可以达到150%～200%。
3 某厂锅炉风机设备的变频调速技术改造的分析
3.1
锅炉引风机及电机铭牌参数 (如表1)
3.2 工频状态下各电机的耗电量计算
其中:Pd为电动机功率;ηd为电动机效率;U为电动机输入电压;I为电动机输入电流;cosφ为功率因数。依据现场实际可得表2。
3.3 变频状态下风机的耗电量计算
综合考虑到电动机效率ηd和变频器的效率ηb, 则网测功率损耗:
经计算, 可得表3。
4 综合评价
通过对某电厂锅炉辅机设备的整体变频节能分析测算表明, 这些风机进行变频调速控制改造将能取得显着的经济效益。具体有以下几个方面。
(1) 变频改造后, 电机启动实现平滑启动, 启动电流小于额定电流值。 (2) 系统的整体效率得到了提高, 取得一定的节能效果。 (3) 由于采用风机转速调节后, 工作特性发生改变, 设备的运行工况得到改善, 减少了故障率, 延长了设备使用寿命。
摘要：本文对变频调速控制的工作原理和控制方式作了详细的对比和分析, 结合电厂的风机设备的实际情况对变频调速技术进行应用, 取得了节电效果和良好的经济效益。
关键词：电厂,锅炉风机,变频技术,工作原理