1.概述
变频器的发展十分迅速,在工业领域中的应用日益广泛。随着变频器的造价日趋降低,利用变频器驱动异步电动机所构成的调速控制系统,越来越发挥出巨大的作用。它的主要作用有:(1)节能。利用变频器实现调速运行,在风机,水泵等机械运行的节能效果最为明显。
(2)提高生产效率,保证产品质量。在生产线的流水作业控制等方面,往往存在快速运行,准确停车,重载恒速输送,轻载高速返回等许多工艺要求。采用变频调速,可很好地解决这些调速控制要求,并逐步取代传统直流电动机调速方式,使生产设备的结构更加合理,生产力大幅度地提高。
(3)防止冲击电流。由于变频器可以方便地实现软起动,因而可以有效地减少电动机起,停时对电网的冲击,改善电源容量裕度。
(4)可以方便地实现电动机的正,反向运行。
不需要主回路交流接触器的交替导通切换,减少故障维修。
2.各环节上的应用及特殊性
2.1主要目的
变频器在工业锅炉调速控制系统中,主要应用于鼓风机,引风机,供水系统及除渣系统,其最主要的目的在于节约能源。采用变频调速方法节能的原理,是基于流量,压力,转速,转矩之间的关系,即:风机或水泵流量与转速的一次方成正比;压力与转速的二次方成正比;轴功率与转速的三次方成正比。当需求流量下降时,调节转速可以节约大量能源。例如:当流量需求减少1/2时,如通过变频调速,则理论上讲,仅需额定功率的12.5%,即可节约87.5%的能源。如采用传统的挡板方式调节风量,虽然也可相应降低能源消耗,但节约效果与变频相比,则是天壤之别。
2.2应用
(1)炉排电机选用的变频器与鼓,引风机选用的变频器型号不同。炉排变频选用恒转矩变频器,鼓,引风机变频选用恒功率变频器。
(2)鼓,引风机控制。鼓,引风机采用变频控制,这是锅炉系统中变频应用的重头戏,即是节电最显着的部分,同时也是变频投资最大的部分。
这主要是由于鼓,引风功率相对较大,而锅炉运行中,随着负荷的增减,鼓,引风机调节的幅度相对也较大。在鼓,引风机采用变频控制时,需要注意鼓,引风机的风量裕度问题。如果原设计或由于其他原因造成风阻加大,裕度较小时,应适当加大一档变频器容量,以使变频器可以适当提高频率(>50Hz),即提高转速运行,以保证锅炉系统有足够的风量。否则,极易造成原系统大负荷时风量够用(但裕度小),变频改造后,大负荷时风量不够的尴尬局面。其原因在于变频本身也消耗一部分功率,其输出功率比标称功率略小的缘故。
(3)炉排变频控制。炉排电动机很小,因而采用变频控制,其主要目的是稳定运行,当然节电也很大,只是绝对数值占的比重很小。炉排变频控制的特殊性在于:!炉排由于经常处于低速运行,所以电动机散热会出现问题。解决的方法是选用变频专用电动机。由于低速运行时变频器输入电流很小,但输出电流远大于电动机的额定电流。此时,变频器是采用低压大电流保证电动机恒转矩运行。因此,变频器必须提高一档选型;否则,无法保证炉排电动机的低速运行。
(4)恒压供水。在锅炉供水系统中,采用变频控制,既能大量节约能源,又能稳定供水系统的压力,保障锅炉系统的安全运行。并且供水系统的电动机相对鼓,引风机而言容量较小,投资不大。供水系统变频应用的特殊性:锅炉供水系统一般采用多台电动机,并联母管式供水,没有必要每台电动机都采用变频。既经济又可靠的方法是:只有两台电动机由变频自动控制,且这两台电动机为一用一备方式工作(主要是利于电动机检修)。其他供水电动机仍采用常规控制方法,其原因有两点:1在并联母管式供水方案下,全自动控制供水方案不实用,无实际意义。主要原因是每台水泵的单向逆止阀泄漏和更换问题。全自动控制供水时,单向逆止阀前后的截止阀必须始终保持打开状态,才能保证自动控制电动机起动后,水能够自动流出。但随着锅炉负荷的增减,水泵电动机不会全部运行。这样,不运行的水泵电动机,由于单向逆止阀在水压的作用下,极易发生泄漏,造成水的回流及电动机的反转。而当需要停止的水泵运行时,电动机由反转变为正转的过程中,由于电动机的超负荷大电流,必然造成控制电路超负荷跳闸。解决的方法是:采用半自动控制,设定供水压力上,下限报警。上限报警时,关掉一台水泵;下限报警时,起动一台水泵。而变频控制的水泵则保证在可调范围内的恒压供水。2每台水泵电动机均采用变频控制,投资太大,且由于上述原因,也没有必要,并且不实用。
(5)冲渣泵的变频控制。冲渣泵采用变频控制,其目的有两点:1节约电力;2节约水。方法是采用高,低速分时控制。高速运行一段时间后,低速运行一段时间,自动交替运行。高速运行时把炉渣冲走,低速运行时保证炉渣灭火。
3.使用中应注意的问题
3.1缺相保护
变频器本身有各种保护功能,且功能强大。
但在实际应用中,发现变频器的缺相保护并不完善。主要是变频器在运行过程中发生缺相,它能够有保护作用。但如果送电时就发生缺相,则变频器本身并不能检测和保护。一旦起动变频器,在起动初始低速运行阶段,由于单相大电流,极易造成变频器烧损。所以在设计变频器控制电路时,应设计缺相保护电路,以防意外的损坏。
3.2变频器功率的选择
选择变频器时,要充分考虑原系统电机裕度问题。否则,原系统电机运行正常,改变频控制后,发现变频器容量不够,再更换大一档容量变频器,必然造成不必要的损失与麻烦。
3.3远距离变频控制的可靠性问题
变频器的控制端子均为弱电直流信号或接点信号,当采用远距离控制时,应充分考虑线路的抗干扰问题和损耗问题。尤其是当采用开,关量进行加,减速控制时,要使接点输出尽可能与变频器安置在一起,以防无源节点的线路阻抗和干扰造成控制不灵敏或失效。
3.4设计选型中的其他问题
(1)断路器的选择。由于变频器具有软起动,无冲击的特性,所以断路器可以按变频器容量选择。不需要考虑电动机起动时的电流冲击。
(2)过载热继电器的选择。对于变频器控制单台电动机,不需要安装过载热继电器,直接采用变频器的过载保护即可。但若同时控制多台电动机,则每台电动机的热保护要单独计算及选择。
选择时,要根据电动机低速运行时的电流情况,而不是根据电机额定电流。此电流比电动机额定电流大得多。
(3)电流,电压的检测。由于变频器输出端的电流,电压随频率发生变化,所以,对变频设备的电流,电压检测均应在变频器的进线端进行,即电流互感器,电压表均应设计在进线端。亦即在进线断路器后,变频器之前。
(4)导线问题。变频器进线可以适当减少裕度。变频器节电的特征,即是减少进线电流。但变频器的出线要适当加大裕度,尤其是长期低速运行的变频器,其输出电流是相当大的。例如:一台4kW的炉排电动机在200r/min的低速运行时,变频器输入电流小于0.5A,输出电流则达到11A,远大于电机的额定电流。所以既要解决电机的散热问题,也必须注意导线的选择。