变频技术在风机上的应用

    通常工业锅炉上的鼓风、引风机、给水泵都是电动机以定速运转，再通过改变风机入口的挡板开度来调节风量，以及通过改变水泵出口管路上的调节阀开度来调节给水量。而风机和水泵的最大特点是负载转矩与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。因此，如将电动机的定速运转改为根据需要的流量来调节电动机的转速就可节约大量的电能。    1．变频风机节能原理    图6-20中，曲线(1)为风机在恒定转速n1下的风压-风量(H-Q)特性，曲线(2)为管网风阻特性（风门全开）。假设风机工作在A点效率最高，此时风压为H2，风量为Q1，轴功率PN1与Q1、H2的乘积成正比，在图中可用面积AH2OQ1表示。如果生产工艺要求风量需要从Q1减至Q2，这时用调节风门的方法相当于增加管网阻力，使管网阻力特性变到曲线(3)，系统由原来的工况点A变到新的工况点B运行。从图中看出，风压反而增加，轴功率与面积BH1OQ2成正比，显然轴功率下降不大。如果采用变频器调速控制方式，风机转速由n1降到n2，根据风机参数的比例定律，画出在转速n2风量(Q-H)特性，如曲线(4)所示。可见，在满足同样风量Q2的情况下，风压H3大幅度降低，功率PN3随着显著减少，用面积CH3OQ2表示。节省的功率△PN=（H1 - H3）Q2，用矩形面积BH1H3C表示。显然，节能的经济效果是十分明显的。
    图6-20    风机调速时的H-Q关系曲线    由流体力学可知，风量与转速的一次方成正比，风压H与转速的平方成正比，轴功率PN与转速的三次方成正比。采用变频器进行调速，当风量下降到80%时，转速也下降到80%，而轴功率N将下降到额定功率的51. 2%，如果风量下降到60%，轴功率N可下降到额定功率的21. 6%，当然还需要考虑由于转速降低会引起的效率降低及附加控制装置的效率影响等。即使这样，这个节能数字也是很可观的，因此在装有风机水泵的机械中，采用转速控制方式来调节风量或流量，在节能上是有效的方法。    2．锅炉的风机系统实例    (1)控制要求    假设某锅炉风机系统有引风机一台，采用变频调速，整个系统由变频器和压力变送器配合，实现炉膛保持稳定的微负压。其具体控制要求如下。    ①按设计要求，鼓风机恒速运行，引风机由变频器调频驱动，实现炉膛负压的调节。    ②当炉膛负压高于上限压力时，变频器调高输出频率，加速引风机运行速度，迫使炉膛压力下调；当炉膛负压低于下限压力时，变频器调低输出频率，减小引风机运行速度，使炉膛压力上升。    ③参考指针式压力表的实际压力，炉膛压力目标值通过调节变频器操作面板上的上下键来设定；PID反馈信号由压力变送器检测。    ④通过变频器的PID调节功能，配合压力变送器检测的反馈信号，使炉膛负压保持恒定。    (2) PID控制    PID控制是闭环控制中的一种常见形式。反馈信号取自拖动系统的输出端，当输出量偏离所要求的给定值时，反馈信号成比例变化。在输入端，给定信号与反馈信号相比较，存在一个偏差值。对该偏差值，经过P、I、D调节，变频器通过改变输出频率，迅速、准确地消除拖动系统的偏差，回复到给定值，振荡和误差都比较小。要实现这一PID控制，就要在反馈环节引入压力变送器。压力变送器可以将高、低两压力室压力差作用在敏感元件的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电容量就不等，通过振荡和解调环节，转换成与压力成正比的信号。将该信号作为PID控制的反馈信号即可实现闭环控制。    (3)控制接线    系统闭环控制框图与电路分别如图6-21、图6-22所示。
    图6-21    系统闭环控制框图
    图6-22    系统闭环控制电路    (4)参数设置    ①参数复位。设定P0010=30和P0970=1，按下P键，开始复位，复位过程大约3s，这样就可保证变频器的参数回复到工厂默认值。    ②设置电动机参数，如表6-1所示。    表6-1    电动机参数设置值
    电动机参数设定完成后，设P0010=0，变频器当前处于准备状态，可正常运行。    ③设置控制参数，如表6-2所示。    ④设置目标参数，如表6-3所示。    ⑤设置反馈参数，如表6-4所示。    ⑥设置PID参数，如表6-5所示。    表6-2    控制参数表
    注：表6-2中，标“*”号的参数可根据用户的需要改变，以下同。    表6-3    目标参数表
    注：当P2232=0允许反向时，可以用面板BOP键盘上的上下键设定P2240值为负值。    表6-4    反馈参数表
    表6-5    PID参数表
    (5)调试    ①按下带锁按钮SB1时，变频器数字输入端DIN1为“ON”，变频器启动电动机。当反馈的压力信号发生改变时，将会引起电动机速度发生变化。若反馈的信号小于目标值（即P2240值），变频器将驱动电动机升速，电动机速度上升又会引起反馈的信号变大。当反馈的信号大于目标值时，变频器又将驱动电动机降速，从而又使反馈的电流信号变小。当反馈的信号小于目标值A时，变频器又将驱动电动机升速。如此反复，能使变频器达到一种动态平衡状态，变频器将驱动电动机以一个动态稳定的速度运行。    ②如果需要，则目标设定值（P2240值）可直接通过按操作面板上的(▲▼)键来改变。当设置P2231=1时，由上下键改变了的目标设定值将被保存在内存中。    ③放开带锁按钮SB1，数字输入端DIN1为“OFF”，电动机停止运行。    ④按下带锁按钮SB2时，电动机直流制动，此功能用于启动前的电动机运行准备，防止启动时电动机处于低速反转状态而出现的短暂反接制动运行情况。