隨著電力電子及集成電路技術的快速發展, 企業節能和安全穩定生產的需要, 變頻調速控制技術越來越被廣大工業企業所采用。下面結合某電廠鍋爐風機設備的使用和改造情況來對變頻調速控制技術的原理和控制方式做以下探討。
1 變頻調速控制技術的工作原理
眾所周知, 異步交流電機的轉速表達式為:n=60f (1-s) /p式中的n、f、s、p分別代表異步電機的轉速、頻率、轉差率和極對數。
由上式可看出, 轉速與頻率成正比, 只要改變頻率即可使電機的轉速發生變化, 當頻率發生變化時, 電機轉速隨之發生變化。變頻調速控制技術就是通過改變電機的電源頻率實現轉速調節, 是一種科學有效的調速控制手段。
2 變頻調速技術的控制方式
低壓變頻調速控制的通用參數范圍為:輸出電壓380V～650V, 輸出功率0.75kW～400kW, 工作頻率0～400Hz, 其的控制方式主要分為以下幾類。
(1) 正弦脈寬調制控制方式。這種控制方式的優點是電路簡單、成本低, 能達到平滑調速的目的, 已在實際生產工作中得到了廣泛應用。但仍存在以下缺點, 該控制方式在頻率過低時, 轉矩受定子電阻壓降的影響比較明顯, 導致輸出的最大轉矩隨之減小。另外, 其動態轉矩能力和靜態調速性能比較差, 存在控制曲線會隨負載的改變而變化、轉矩響應慢、電機轉矩利用率低、低速時性能下降、穩定性差等缺點。
(2) 電壓空間矢量控制方式。隨著電氣控制技術的發展, 人們又研究出電壓空間矢量控制方式, 其原理是以電機三相波形逐漸靠近氣隙的圓形旋轉磁場的軌跡, 生成三相調制波形。后來又逐步引入了頻率補償, 有效減小了速度控制的誤差;再通過反饋值估算出磁鏈幅值, 消除了低速時定子電阻的不利影響, 提高了系統的動態精度和穩定性。但是其控制電路比較復雜, 而且沒有對轉矩進行調節, 所以系統性能并未得到徹底改善。
(3) 矢量控制方式。矢量控制變頻調速的基本原理是將異步電機的三相定子電流通過等效變換成兩相交流電流, 再變換為同步旋轉坐標系下的直流電流, 然后按照直流電動機的控制要求, 計算出其控制量, 再次經過反向變換, 來達到對異步電動機轉速控制的目的。但是同樣的存在以下幾個缺點:由于轉子磁鏈難以準確觀測, 系統的特性受電機運行參數的影響較大, 且在等效直流電動機控制過程中所用矢量旋轉變換較復雜, 所以實際的控制效果往往難以達到理想效果。
上述變頻調速控制技術都是交—直—交方式實現變頻控制。其共同缺點是輸入功率因數低, 諧波電流大, 直流電路需要大的儲能電容, 再生能量又不能反饋回電網, 即不能進行四象限運行。于是, 人們又采用一種新的控制方式即矩陣式變頻控制技術。
(4) 矩陣式控制方式其省去了中間環節, 同時也省去了中間設備。能夠達到功率因數為l, 且輸入電流為正弦波形同時也能四象限運行。其的控制實際不是間接的控制電流、磁鏈等量, 而是把轉矩直接作為被控制量來實現的。具體控制方法是:引入定子磁鏈觀測器控制定子磁鏈;依靠精確的電機數學模型, 對電機的運行參數自動跟蹤識別;用定子阻抗、互感、磁飽和因素、慣量等參數計算算出實際的轉矩、定子磁鏈、轉子速度并進行實時控制;矩陣式變頻控制技術可以達到轉矩響應<2ms, 速度精度達到±2%, 轉矩精度<+3%;另外還能夠達到較高的起動轉矩和高轉矩精度, 在低轉速時, 輸出轉矩可以達到150%～200%。
3 某廠鍋爐風機設備的變頻調速技術改造的分析
3.1
鍋爐引風機及電機銘牌參數 (如表1)
3.2 工頻狀態下各電機的耗電量計算
其中:Pd為電動機功率;ηd為電動機效率;U為電動機輸入電壓;I為電動機輸入電流;cosφ為功率因數。依據現場實際可得表2。
3.3 變頻狀態下風機的耗電量計算
綜合考慮到電動機效率ηd和變頻器的效率ηb, 則網測功率損耗:
經計算, 可得表3。
4 綜合評價
通過對某電廠鍋爐輔機設備的整體變頻節能分析測算表明, 這些風機進行變頻調速控制改造將能取得顯著的經濟效益。具體有以下幾個方面。
(1) 變頻改造后, 電機啟動實現平滑啟動, 啟動電流小于額定電流值。 (2) 系統的整體效率得到了提高, 取得一定的節能效果。 (3) 由于采用風機轉速調節后, 工作特性發生改變, 設備的運行工況得到改善, 減少了故障率, 延長了設備使用壽命。
摘要：本文對變頻調速控制的工作原理和控制方式作了詳細的對比和分析, 結合電廠的風機設備的實際情況對變頻調速技術進行應用, 取得了節電效果和良好的經濟效益。
關鍵詞：電廠,鍋爐風機,變頻技術,工作原理