水泥廠高溫風機的變頻調速設計

朱慶：水泥廠高溫風機的變頻調速設計遼寧工程技術大學職院畢業(yè)設計（論文）PAGE2PAGE1遼寧工程技術大學職院畢業(yè)設計（論文）前言目錄510131428改6頁變頻調速技術(variablevelocityvaliablefrequencytechnology)是一項綜合現代電氣技術和計算機控制的先進技術，廣泛應用于風機節(jié)能領域。變頻調速技術應用于風機控制系統(tǒng)，具有調速性能好、節(jié)能效果顯著、運行工藝安全可靠等優(yōu)點。在大力提倡節(jié)約能源的今天，推廣使用這種集現代先進電力電子技術和計算機技術于一體的高科技節(jié)能裝置，對于提高勞動生產率、降低能耗具有重大的現實意義?？梢哉f變頻調速技術是一項利國利民、有廣泛應用前景的高新技術。依靠現代化技術手段對生產過程進行控制和管理，提高設備運行效率和可靠性，節(jié)省寶貴的資源，是技術發(fā)展的必然趨勢。交流電動機變頻調速技術是一項已被廣泛應用的節(jié)能技術。隨著電力電子技術、微電子技術、信息技術和現代控制理論在調速系統(tǒng)中的應用，變頻調速已逐漸取代過去的滑差調速、變極調速、定子調速、串極調速、液力偶合調速及直流電機調速等調速方式，在工業(yè)生產中獲得廣泛的應用。變頻調速具有效率高、調速范圍寬、精度高、調速平穩(wěn)、無級變速等優(yōu)點。近年來變頻器的應用越來越多，尤其在電力緊張的情況下，變頻器的節(jié)能效果越發(fā)顯的重要，因此將高壓風機、反吹風機改為變頻器控制，將傳統(tǒng)的電機調速理論、現代電力電子技術以及計算機控制技術結合在一起，當用風量發(fā)生變化時，電機轉速自動改變，使電機在最經濟的轉速下運行，從而達到節(jié)電的目的。風機和水泵在國民經濟各部門中應用數量眾多，分布面極廣，是耗電量巨大的設備。據有關部門的統(tǒng)計，全國風機、水泵電動機裝機總容量約35000MW，耗電量約占全國電力消耗總量的40％左右。目前，風機和水泵運行中還有很大的節(jié)能潛力，其潛力挖掘的焦點是提高風機和水泵的運行效率。據估計，提高風機和水泵系統(tǒng)運行效率的節(jié)能潛力可達300～500億kWh/年。效益最大化是企業(yè)永恒的主題，利用新技術來提高企業(yè)生產裝置的管理水平和節(jié)能降耗已是各企業(yè)首選的手段之一。本控制系統(tǒng)采用了變頻調速閉環(huán)控制，相應的壓力傳感器和執(zhí)行機構有機地結合起來，發(fā)揮各自優(yōu)勢，使得系統(tǒng)調試和使用都十分方便，而且大大簡化了在管理和操控等方面的工作量。實踐證明，本系統(tǒng)不僅提高了水泥廠的經濟效益，更是在節(jié)約能源、降低噪聲美化環(huán)境表現出很好的效果。由于編者的水平有限，設計中不免會存在一些疏漏和不妥之處，懇請指導老師批評和指正。原始資料我國水泥廠較多采用立窯配備155～215KW羅茨風機，羅茨風機為容積式風機，輸送的風量與轉數成比例，三葉型葉輪每轉動一次由2個葉輪進行3次吸、排氣。與二葉型相比，氣體脈動性小，振動也小，噪聲低。風機2根軸上的葉輪與橢圓形殼體內孔面，葉輪端面和風機前后端蓋之間及風機葉輪之間者始終保持微小的間隙，在同步齒輪的帶動下風從風機進風口沿殼體內壁輸送到排出的一側。風機內腔不需要潤滑油，結構簡單，運轉平穩(wěn)，性能穩(wěn)定，適應多種用途，已運用于廣泛的領域。又由于采用了三葉轉輪及帶螺旋線型的箱體，所以風機的噪聲的振動很小。葉輪和軸為整體結構，且葉輪無磨損，風機性能持久不變，可以長期連續(xù)運轉。傳統(tǒng)的風量控制辦法是依靠放風閥進行調節(jié)。由于羅茨風機的供風量較為恒定的，煅燒時根據窯的情況需要隨時調節(jié)風量，當窯內需要少風量時，通過放風閥放走多余的風量，造成嚴重的能源浪費。怎樣才能節(jié)省放風所浪費的能源呢？當然最根本的辦法是控制羅茨風機的轉速，進行風量調節(jié)，保證窯內需多少風量就供多少風，完全免除放風所造成的浪費。水泥廠生產線為干法懸窯，其窯燒成系統(tǒng)流程簡圖如圖0-1所示。

圖0-1高壓變頻典型應用實例懸窯是一個有一定斜度的圓筒狀物，預熱機來的料從窯尾進入到窯中，借助窯的轉動來促進料在旋窯內攪拌，使料互相混合、接觸進行反應，物料依靠窯筒體的斜度及窯的轉動在窯內向前運動。窯內燃燒產生的余熱廢氣，在窯尾高溫風機的作用下，通過預熱器對進入窯尾前的生料進行預熱均化，降溫后的余熱廢氣再通過高溫風機抽出進入廢氣處理（除塵及排出）。

XXX水泥廠的1#窯，日產為2500t，到現在運行已近多年。1#窯生產線，高溫風機電機配置為6kV1600kW，窯尾EP風機配置為6kV280kW。在高溫風機的電機與風機之間，配有液力耦合器對風機進行調速，整個工藝過程主要是通過DCS的控制來調節(jié)液力耦合器的速度從而調整風機的風量，達到控制窯內負壓。窯尾EP風機依靠風門來進行調節(jié)。

由于使用年限較長，目前液力耦合器漏油嚴重，運行中每天需加油2～3次，以補充漏油，油面調整的控制回路失靈不能自動調節(jié)，在運行中只能靠手動調節(jié)置于固定轉速比。在運行是時仍靠風機擋板進行風量調節(jié)，當窯系統(tǒng)工況變化較大時，現場值班人員根據中控制室的指令對液力耦合器的勺桿進行手動調節(jié)，運行操作非常不便。因此，決定首先對水泥廠1#窯生產線的高溫風機進行了變頻調速設計。1概述1.1變頻調速系統(tǒng)的發(fā)展與現狀經過大約30年的發(fā)展，目前交流調速電氣傳動已經上升為電氣調速傳動的主流，在電氣調速傳動領域內，有直流電動機占統(tǒng)治地位的局面已經受到猛烈的沖擊。縱觀變頻技術的發(fā)展，其中主要是以電力電子器件的發(fā)展為基礎的。第一代以晶閘管為代表的電力電子器件出現于20世紀50年代，它主要使電流控制型開關器件，以小電流控制大功率的變換，但其開關頻率低，只能導通而不能自關斷。第二代電力電子器件以電力晶體管（GTR）和門極關斷（GTO）晶閘管為代表，在20世紀60年代發(fā)展起來，它是一種電流型自關斷的電力電子器件，可方便的實現變頻逆變和斬波，其開關頻率只有1~5KHZ。第三代電力電子器件以雙極型絕緣柵晶體管（IGBT）和電力場效應晶體管（MOSET）為代表。在20世紀70年代開始應用，它是電壓場（場控）型自關斷的電力電子器件。第四代電力電子器件，有出現于20世紀80年代末的智能化功率集成電路（PIC）和20世紀90年代的智能功率模塊（IPM）、集成門極換流晶閘管（IGCT），它們實現了開關頻率的高速化、低導通電壓的高性能化及功率集成電路的大規(guī)?；?。1.2變頻技術的特點電力電子器件的自關斷化、模塊化、交流電路開關模式的高頻化和控制手段的全數字化促進了變頻電源裝置的小型化、高性能化，尤其是控制手段的全數字化利用了微型計算機的巨大的信息處理能力，其軟件功能不斷強化，使變頻裝置的靈活性和適應性不斷增強。交流調速裝置的大容量化、開關器件的自關斷化、PWM技術的應用、全數字控制技術的應用，使變頻技術的應用領域不斷擴大，朝著高度集成化、采用表面安裝技術、轉矩控制高性能化、保護功能健全、操作簡便化、驅動低噪聲化、高可能性、低成本和小型化的方向發(fā)展。2變頻原理異步電動機的同步轉速，即旋轉磁場的轉速為n1=60f1／np式中,n1——同步轉速（r/min）f1——定子轉速(HZ)np——磁極對數而異步電動機的軸轉速為：n1=n1（1－s)=60f1/np(1－s)式中，S——異步電動機的轉差率，S=(n1－n)/n1由上式可見，改變異步電動機的供電頻率，可以改變其同步轉速，實現調速運行。變頻技術簡單地說就是把直流電逆變成不同頻率的交流電，或是把交流電變成直流電，再逆變成不同頻率的交流電，或者是把直流電變成交流電，再把交流電變成直流電，總之這一切都是電能不發(fā)生變化，而只有頻率的變化，變頻技術的類型主要有以下幾種：交-直變頻技術（整流技術），直-直變頻技術（斬波技術），直-交變頻技術（振蕩技術），交-交變頻技術（移相技術）。2.1交直交變頻的基本電路圖2-1交-直-交電壓型變頻交-直-交變頻電路根據變頻電源的性質可分為電壓型變頻和電流型變頻，2.1.1交-直-交電壓型變頻交-直-交電壓型變頻的構成如圖2-1所示，該電路的核心是三相電壓型逆變器的基本電路如圖2-2所示。圖中，直流電源并聯(lián)一大容量的濾波電容Cd,由于Cd的存在，使直流輸出電壓具有電壓源的特性，內阻很大，這使逆變器的交流輸出電壓被鉗位為矩型波，與負載的性質無關，交流輸出電流的波形和相位由負載功率因數來決定，在異步電動機變頻調速中，這個大電容同時又是緩沖負載無功功率的儲能元件。直流電路電感Ld起限流作用，電感量很小。圖2-2三相電壓型逆變器的基本電路2.1.2交-直-交電流型變頻電壓型變頻，由于再生制動時必須接入附加電路，使電路復雜，電流型變頻可以彌補其不足，而且主電路結構簡單，安全可靠。交-直-交電流型變頻器的構成如圖2-3所示。圖2-3交-直-交電流型變頻圖2-4三相電流型逆變器的基本電路三相電流型逆變器的基本電路如圖2-4所示。與電壓型逆變器不同，直流電源上并聯(lián)了大電感濾波。由于大電感的限流作用，為逆變器提供的直流電流波形平直、脈動很小，具有電流源特性。這使逆變器輸出的交流電流為矩形波，與負載性質無關，而輸出的交流電壓波形及相位隨負載的變化而變化。對于變頻調速系統(tǒng)而言，這個大電感同時又是緩沖負載無功能量的儲能元件。2.2脈寬調制（PWM）技術脈寬調制（PWM）就是對逆變電路開關器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形，也就是在輸出波形的半個周期內產生多個脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波狀，所獲得輸出平滑且低次諧波少，按一定規(guī)則對脈沖的寬度進行調制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可以改變輸出頻率。電壓型交-直-交型變頻電路，為了使輸出電壓和輸出頻率都得到控制，變頻器通常是由一個可控整流電路和一個逆變電路組成，控制整流電路以改變輸出電壓，控制逆變電路來改變輸出頻率。圖2-5所示是電壓型PWM交-直-交變頻電路，這里由不可控整流電路代替可控整流電路，逆變電路采用自關斷器件，這種PWM型變頻電路的主要特點：（1）可以得到相當接近正弦波的輸出電壓；（2）整流電路采用二極管，可獲得接近1的功率因數；

（3）電路結構簡單；

（4）通過對輸出脈沖寬度的控制可改變輸出電壓，加快了變頻過程的動態(tài)響應。圖2-5PWM變頻器的主電路圖其實，PWM變頻器就是基本逆變變頻器。當采用PWM方法控制逆變器功率器件通斷時，可獲得一組等幅而不等寬的矩形脈沖，輸出電壓幅值的改變，可通過控制該脈沖的寬度，而輸出頻率的變化可通過改變此脈沖的調制周期來實現。調壓原理：利用參考電壓波Up與載頻三角波Uc互相比較來決定主開關器件的導通時間來實現調壓，利用脈沖寬度的改變來得到幅值不同的正弦波電壓，這種參考信號為正弦波，輸出電壓平均值近似為正弦基波的PWM方式稱為正弦SPWM方式。脈沖的調制方法對PWM型變頻調速技術的發(fā)展，作為大容量傳動的高壓變頻技術也得到了廣泛的應用。高壓電動機利用高壓變頻器可實現無級調速，滿足生產工藝過程對電動機調速控制的要求，以提高產品的產量和質量，又可大幅度地節(jié)約能源，降低生產成本。2.3高壓變頻器調速系統(tǒng)近年來，各種高壓變頻器不斷出現，可是到目前為止，高壓變頻器還沒有像低壓變頻器那樣近乎統(tǒng)一的拓撲結構。根據高壓組成方式，可分為直接高壓型和高-低-高型;根據有無中間直流環(huán)節(jié)，可以分為交-交變頻器和交-直-交變頻器。在交-直-交變頻器中，根據中間直流濾波環(huán)節(jié)的不同，又可分為電壓源型(也稱電壓型)和電流源型(也稱電流型)。高-低-高型變頻器采用變壓器實行輸入降壓、輸出升壓的方式，其實質上還是低壓變頻器，只不過從電網和電動機兩端來看是高壓的，這是受到功率器件電壓等級技術條件的限制而采取的變通辦法，需要輸入、輸出變壓器，存在中間低壓環(huán)節(jié)電流大、效率低下、可靠性下降、占地面積大等;缺點:只用于一些小容量高壓電動機的簡單調速。常規(guī)的交-交變頻器由于受到輸出最高頻率的限制，只用在一些低速、大容量的特殊場合。順便指出，國內習慣稱作的高壓變頻器，實際上電壓一般為2.3～10kV，國內主要為3.6kV和10kV，和電網電壓相比，只能算作中壓，故國外常稱為中壓變頻器。

（1）高-低-高結構

該種結構將輸入高壓經降壓變壓器變成380V的低電壓，然后用普通變頻器進行變頻，再由升壓變壓器將電壓變回高壓。很明顯，該種中高壓變頻裝置的優(yōu)點是可利用現有的低壓變頻技術來實現高壓變頻，易于實現，價格低;其缺點是使用了降壓和升壓2臺變壓器，系統(tǒng)體積大、成本高、效率低、低頻時能量傳輸困難等。其拓撲結構如圖2-6所示。圖2-6高－低－高變頻器結構（2）多重化技術

采用多重化技術也是用小功率器件實現大功率變換的一種方法。所謂多重化技術就是每相由幾個低壓PWM功率單元在其輸出端通過某種方式(如變壓器)串聯(lián)或并聯(lián)組成。各功率單元由一個多繞組的隔離變壓器供電，由低壓PWM變頻單元串聯(lián)疊加達到高壓輸出或并聯(lián)達到大容量輸出的目的。其中每一個功率單元都是分別進行整流、濾波、逆變的。目前功率單元都采用二電平方案，開關器件電壓等級只要考慮功率單元內的中間直流電路電壓值。多重化技術可以大大降低諧波含量，提高功率因數。在電壓型變頻器組成的多重化系統(tǒng)中，為防止由于不同變壓器副邊繞組電壓差而形成環(huán)流，通常在副邊采取串聯(lián)方式聯(lián)接。相應地，在電流型變頻器組成的多重化系統(tǒng)中，副邊繞組一般采用并聯(lián)連接。但是多重化技術需要引入結構復雜的大容量隔離變壓器;所需主管數量較多，增加了設備投入，造價昂貴，還需要占用一定安裝空間;多重化技術對控制精度要求也較高。（3）多管直接串聯(lián)的兩電平變換電路

將器件串、并聯(lián)使用，是滿足系統(tǒng)容量要求的一個簡單直觀的辦法。串、并聯(lián)在一起的各個器件，被當作單個器件使用，其控制也是完全相同的。這種結構的優(yōu)點是可利用較為成熟的低壓變頻器的電路拓撲、控制策略和控制方法;其難點是串聯(lián)開關管需要動態(tài)均壓和靜態(tài)均壓，因此對驅動、控制電路的要求也大大提高，還需要解決dv/dt，抗共模電壓技術、正弦波濾波技術等問題。國內成都佳靈電氣制造有限公司生產的高壓變頻器采用這種拓撲結構并申請了專利，解決了IGBT直接串聯(lián)的世界難題，代表了高壓變頻器的一個發(fā)展方向。其拓撲結構如圖2-7所示，它完全舍棄了輸入輸出變壓器，使得IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器成為目前世界上體積與占地面積最小的產品。圖2-7

二極管鉗位型三電平高壓變頻器（4）二極管鉗位型三電平變換電路

為了解決器件直接串聯(lián)時所需要的均壓問題，逐漸發(fā)展出以器件串、井聯(lián)為基礎，各器件分別控制的變流器結構。在這方面，日本學者A.Nabae于80年代初提出的中點箝位型PWM逆變電路結構具有開創(chuàng)性的意義。二極管箝位型變流器的結構如圖2-8所示，該變流器的輸出相電壓為三電平。如果去掉兩個箝位二極管，這種變流器就是用兩個功率器件串聯(lián)使用代替單個功率器件的半橋逆變電路。由于兩個箝位二極管的存在，各個器件能夠分別進行控制，因而避免了器件直接串聯(lián)引起的動態(tài)均壓問題。與普通的二電平變流器相比，由于輸出電壓的電平數有所增加，每個電平幅值相對降低，由整個直流母線電壓降為一半直流母線電壓，在同等開關頻率的前提下，可使輸出波形質量有較大的改善，輸出dv/dt也相應下降，因此中點箝位型變流器顯然比普通二電平變流器更具優(yōu)勢。圖2-8為三電平逆變一相的基本結構，V1～V4代表一相橋臂中的４個功率開關，VW1～VW4為反并聯(lián)的須流二極管，VC1、VC2為鉗位二極管，所有的二極管要求有與功率開關相同的耐壓等級。Ed為一組二端，C為中間點。圖2-8三電平基本電路對于每相橋臂通過控制功率器件V1～V4的開通、關斷，在橋臂輸出點可獲得三種不同電平+Ed、0、－Ed,，見表2-1。表2-1三電平變頻器每相輸出電壓組合表V1V2V3V4輸出電壓狀態(tài)代號ONONOFFOFF+EdPOFFONONOFF0COFFOFFONON－EdN由表2-1看出，功率開關V1和V3狀態(tài)是互反的，V2與V4也是互反的。同時規(guī)定，輸出電壓只能是+Ed到0、0到－Ed，或相反地變化，不允許在+Ed和－Ed之間直接變化。所以不存在兩個器件同時開通或同時關斷，也就是不存在動態(tài)均壓問題。對于由三個橋臂組成的三相逆變器，根據三相橋臂U、V、W的不同開關組合，最終可得到三電平變頻器的27種開關模式，見表2-2。表2-2三電平變頻器輸出狀態(tài)表PPPPPNPPCPCNPCCPNNPCPPNCPNPCCCCPNCPCCCNCPPCNNCCPCNCCNPNNNNPNNPCNCNNPPNCCNCPNNCNNP采用中心點鉗位方式使輸出增加了一個電平，輸出電壓的臺階高度降低了一半，而且很重要的一點是增加了輸出PWM控制的自由度，使輸出波形質量在同等開關頻率條件下有較大的提高。（5）高壓大功率變頻器控制策略

高壓大功率變頻器控制技術是高壓大功率變頻器研究中一個相當關鍵的技術，它是與高壓大功率變頻器拓撲結構共生的。因為它不僅決定高壓大功率變頻器的實現與否，而且，對高壓大功率變頻器的電壓輸出波形質量，系統(tǒng)損耗的減少與效率的提高都有直接的影響。高壓大功率變頻器功能的實現，不僅要有適當的電路拓撲結構作為基礎，還要有相應的控制方式作為保障，才能保證系統(tǒng)高性能和高效率的運行。在過去的近20年里，大量的高壓大功率變頻器控制方法被提出，它們基本上都發(fā)源于業(yè)己成熟的兩電平PWM技術，歸納起來可以分為以下幾大類:階梯波調制、選擇諧波消去法(SHEPWM)、開關頻率優(yōu)化法(SFOPWM)、空間矢量調制(SVPWM)、載波相移PWM調制。一般說來，衡量一種開關調制策略的優(yōu)劣從以下幾個方面進行分析:變流器輸出的諧波特性、器件的開關頻率、動態(tài)輸出特性及傳輸帶寬等2.4晶閘管閥串均壓技術的應用本高壓變頻器為高壓變頻器，三相高壓交流電經變頻器直接控制高壓控制電壓電機。這種方案的優(yōu)點式顯而易見的，它不需要降、升壓變壓器系統(tǒng)，故結構簡單，設備少，占地面積小，效率也高。但由于晶閘管制造技術的限制，晶閘管單管電壓水平還達不到高壓變頻器所需要的耐壓等級。為了使變頻器的每個橋臂都能承受正常工作所耐受的高電壓值，就必須采用幾個功率元件串聯(lián)組成一個閥閘（即一個橋臂）的方法，如圖2-9所示，在本裝置中，采用七只4000V/200A（KP200）晶閘管串聯(lián)組成晶閘管閥串，共12閥閘，84只晶閘管。圖2-9晶閘管關斷時的均壓結構解決好在各種可能出現的電壓下閥串中晶閘管的均壓問題，各晶閘管關斷和導通的一致性問題，是高壓大容量變頻器調速裝置的關鍵技術問題。同一橋臂中串聯(lián)的晶閘管元件必須同時導通，否則后導通的元件將承受過高壓而損壞，這就要求同一閥串中各晶閘管門極觸發(fā)功率足夠大，以保證各晶閘管的同時導通。本裝置中采用脈沖電壓器觸發(fā)，各脈沖變壓器的原邊通過同以觸發(fā)電流，因此7只脈沖變壓器的副邊同時感應出幅值、波形相同的電壓，由此保證觸發(fā)脈沖前沿坡度的一致性和同時性。同一橋臂中串聯(lián)的各晶閘管在關斷時也必須保持一致，否則先關斷的元件也將承受過高壓而損壞。這要求同一橋臂中各晶閘管的參數一致，其差異越小越好。在本裝置中，采用了靜態(tài)均壓和動態(tài)均壓措施。2.4.1靜態(tài)均壓是指晶閘管處于阻斷狀態(tài)下承受供頻電壓或直流電壓時的晶閘管元件之間的均壓。在這種情況下，電壓波形前沿時間較長，可采用電阻R均壓。按均壓最惡劣的情況考慮。設晶閘管SCR1的漏電流量最小，為Imin，其余晶閘管的漏電流均為Imin+△Im，△Im為最大漏電流偏差。這樣晶閘管SCR1承受的反向阻斷電壓最高，為Um=（I－Imin）R。其余各晶閘管承受的反向阻斷電壓為U=（I－Imin－△Im）R。閥串總電壓為Up=Um+(n－1)U,n為閥串中串聯(lián)的個數。則：Up=Um+(n－1)(I－Imin－△Im)R=Um+(n－1)(I－Imin)R－(n－1)△Im=Um+(n－1)Um－(n－1)△ImR=nUm－(n－1)△ImR均壓系數定義為：K=Uav/Um。Uav為閥串中每個晶閘管的平均電壓，因此，上式可變?yōu)椋篣p=nUav/K－（n－1）△ImR由于Uav=Up/n，Up=nUav，故Up=Up/K－（n－1）△ImR由此可得到靜態(tài)平均電阻的阻值RR=Up[（1/K－1）/（n－1）△Im]通過此計算值，并與實驗值結合，選?。篟=50KΩ靜態(tài)平均電壓的功耗按公式Pr=Um/R計算，并留有足夠的裕量，選?。篜r=150W2.4.2動態(tài)均壓是指同一的晶閘管開通和關斷過程中的均壓，即過度過程中的均壓。如圖2-10所示為晶閘管關斷的電流波形圖。當晶閘管關斷時，電流正方向過零后，并不立即恢復其阻斷特性。由于方向恢復電荷的存在，在晶閘管中形成一個反向恢復電流Itr，反向恢復電荷Qr由下式決定：Qr=1/2×Itr/0.64式中，Ttr為晶閘管的反向阻斷恢復時間。反向恢復電荷決定了閥串中每個晶閘管所承受的阻斷電壓值。當晶閘管僅流過反向漏電流Ir時，即恢復了反向阻斷特性，此時觀點過程結束，由動態(tài)均壓轉為靜態(tài)均壓。由此可見，反向恢復是晶閘管關斷過程中電壓非陪不均的主要原因。為此，動態(tài)均壓采用了與晶閘管并聯(lián)阻容來解決。設置晶閘管SCR1的反向恢復電荷為Qr1其余晶閘管的反向恢復電荷為Qr2，并且Qr1﹥Qr2，△Qr=Qr1=Qr2。由于Qr1最大，在關斷過程中，SCR1承受的電壓最高，為Um=Qr1/C。其余各晶閘管的電壓分配值為U=Qr2/C=（Qr1－△Qr）/C。總電壓為：Up=Qr1/C+（n－1）（Qr1－△Qr）/C=nUm－（n－1）△Qr/C=Up/K（n－1）△Qr/C由此式可以推出動態(tài)均壓電容的電容值：C=（n－1）Qr/[Up（1/K－1）]按此式計算并通過實驗，本裝置最終選取：C=0.47μF動態(tài)均壓電阻主要用于限制均壓電容C的放電電流，并防止電路產生寄生振蕩，其值和功耗按經驗選?。篟為25Ω、75W電阻。圖2-10晶閘管關斷時的波形在晶閘管的參數選取中，應十分注意在同一閥串中盡量選擇漏電流、反向恢復電荷及門極觸發(fā)特性一致或接近的晶閘管。在較長時間的工業(yè)運行中，證明上述均壓措施和參數選取式正確的。均壓參數K達到0.95。3風機的基本特性及調速原理3.1風機的發(fā)展概況與使用趨勢.風機被廣泛應用在工業(yè)生產、民用生活中的各個領域。小到民用生活的排氣扇，大到工業(yè)生產中的各種類型，各種功用的通風機、高溫風機。工業(yè)生產與民用生活中使用了大量風機和水泵，它們的用電量占整個國民經濟用電量的70%以上。用恒速電動機驅動風機和水泵，需根據季節(jié)、時間或生產狀態(tài)對負載進行調整時，就要同時調整閥門或風門，使之與負荷的變化相適應。但是采用這種方法，系統(tǒng)從電網吸收的能量并沒有減少，電動機輸出功率基本沒有改變。雖然閥門或風門的輸出量達到了工況要求，但是能量有效應的比例減少，而損耗增加。在這種情況下，不會有節(jié)能、節(jié)電效果。如果對電動機進行速度控制，因為所需動力與扭矩的3次放成比例的減少，從而能實現大幅度的節(jié)能，節(jié)電效率可達到20%～60%。3.2風機基本特性3.2.1風機屬于平方轉矩類型負載，在額定轉速運行的特性曲線如圖3-1所示圖3-1風機特性曲線（β=900）H-Q曲線：當轉速為恒定時，表示風壓與風量間的關系特性。P-Q曲線：當轉速為恒定時，表示功率與風量間的關系特性。η-Q曲線：當轉速恒定時，表示風機的效率特性。3.2.2風機在運行時，一定轉速的風機產生的離心壓力作用在一個截面上時，介質在單位時間內的通過量，即為流量。風機在運行時，通過風機壓力和管網阻力的共同作用，出現一個穩(wěn)定的流量輸出，稱之為工況點，其特性曲線如圖3-2所示。圖3-2風機運行工況點M——工況點R——管網的阻力曲線H——風機壓力曲線3.3風機的調節(jié)方法及節(jié)能效果3.3.1①改變管網阻力實現對風機輸出的調節(jié)當管網阻力發(fā)生變化時，風機轉速保持不變，風壓隨之上升，風機運行的工況點將改變，風機的輸出流量將隨之發(fā)生變化，其特性曲線如圖3-3所示。圖3-3管網阻力變化時的風機流量特性曲線在實際運行中，是通過調節(jié)擋風板的開度來實現的，當擋風板的開度減小時，管網的阻力隨之增加。擋板的三種開度對應R1、R2、R3三種阻力工況，則在風機轉速不變時，其與風機壓力特性曲線分別出現了M1、M2、M3三種工況點。三種工況點對應的三個流量Q1、Q2、Q3就是在轉速不變時，三種擋板開度所對應的流量。調節(jié)擋板的開度，即可以調整風機輸出流量的多少。②改變風機的轉速來實現對風機的風量調整節(jié)改變風機的轉速時，風機的壓力特性曲線隨之改變，當管網阻力不變時，其特性曲線如圖3-4所示圖3-4改變風機轉速的特性曲線當風機的轉速定為n1、n2、n3時，每個轉速對應其相應的壓力特性曲線，在管壓阻力R不變的情況下，工況點隨之改變?yōu)镸1、M2，其對應的流量為Q1、Q2。在實際中，采用變頻器方法可達到對風機轉速的調節(jié)，從而在管網阻力不變的情況下調節(jié)流量。3.3.2當風機的額定轉速為n1，擋板全開管壓力為R1，額定流量為Q1時，通過調節(jié)管網壓力和風機轉速的2種方法，將輸出流量改變?yōu)镼2，起運行工況的差異如圖3-5所示圖3-5管網阻力與風機速度調節(jié)流量時的工況點差異風量調節(jié)方法消耗能量的差異：在上面可以看出，調節(jié)擋板與調節(jié)轉速的最大差異在于風壓，兩種運行方式風機消耗的軸功率差異為：從圖3-5中可以看出，在輸出同等流量的情況下，用擋板調節(jié)的工況點是M3，運行時壓力為H3，運行時壓力為Hf。用速度調節(jié)的工況點是M2，運行時壓力為H2?！鱌=Q×△H/（102ηTηF）根據風機功率消耗的相似性理論,得出結論：用擋板調節(jié)風量與用轉速調節(jié)風量對比，隨著實際輸出流量與風機額定流量差值的加大，能量的消耗差異也呈平方比例系數加大。3.4風機的節(jié)能效果圖3-6a中風機的壓力與風量的關系曲線及圖3-6b中扭矩與電機速度的關系曲線，充分說明了調節(jié)閥調節(jié)風量法與變頻器控制的調節(jié)風量法的本質區(qū)別與節(jié)能效果。（1）電動機恒速運轉，由調節(jié)閥控制風量圖3-6a風機的壓力與風量的關系曲線圖3-6b扭矩與電機速度的關系曲

圖3-7

風機的運行曲線如圖3-7所示，調節(jié)閥門的開啟度，R會變化。關緊閥門，管道阻力就增大。管道阻力由R1變到R2，風機的工作點由A點移到B點。在風量從Q1減少到Q4的同時，風壓卻從H1上升到H5，此時電機軸的功率從P1變化到P2。（2）變頻器調節(jié)電機的速度來控制風量當風量由Q1變化到Q4時，便出現圖上虛線所示的特性。達到Q4、H4所需的電機軸功率為P3，顯然P2大于P3，其差值P2-P3就是電機調速控制所節(jié)約的功率。附電機轉速與節(jié)能率的關系表頻率f(HZ)轉速N%風量Q%風壓H%軸功率P%節(jié)電率50100%100%4590%90%4590%90%4080%80%4080%80%3570%70%3570%70%3060%60%3060%60%36%21.6%78.40%4水泥廠高溫風機的變頻調速設計4.1變頻器容量的選擇4.1.1通常變頻器主要輸出指標以適用電機功率，輸出容量，額定輸出電流表示。其中，額定輸出電流為變頻器可以連續(xù)輸出的最大交流電流的有效值，不管用于何種用途，都不允許電流最大值超過此值。輸出容量指：三相情況下的額定電壓與額定輸出電路決定的三相視在功率。適用電機功率是以2、4極標準電機為對象，表示在輸出額定電流內可以傳動的電機功率，鼠籠式電動機是2極電機即一對電機，變頻調速系統(tǒng)能很經濟地與鼠籠式異步電動機構成控制調速配合使用。常常將變頻器功率選得比實際配用電機功率更大一些。由于變頻器供給電動機是脈動電流，其脈動值比工頻供電時的電流要大，因此須將變頻器的容量留有適當的裕量。一般令變頻器的額定輸出電流≥（1.05～1.1）的電動機的額定電流（銘牌值）或電動機實際運行中的最大電流。即：I1NV≥（1.05～1.1）IN或I1NV≥（1.05～1.1）Imax式中，I1NV——變頻器額定輸出電流（A）；IN——電動機額定電流（A）；Imax——電動機實際最大電流（A）。如按電動機實際運行中的最大電流來選定變頻器時，變頻器的容量可以適當減少。通常，異步電動機直接起動時，起動電流為其額定電流的5～7倍，直接起動時可按下式選取變頻器：I1NV≥IK/Kg式中，IK——在額定電壓、額定頻率下電動機起動時的堵轉電流（A）；Kg——變頻器的允許過載倍數，Kg=1.3～1.5。4.1.2變頻器容量選擇的注意事項①并聯(lián)追加投入起動用一臺變頻器使多臺電動機并聯(lián)運轉時，如果所有電動機同時起動加速可按如上述選擇容量；但是對于一小部分電動機開始起動后再追加起動其他電動機的場合，此時變頻器的電壓、頻率已經上升，追加投入的電動機將產生大的起動電流。因此，變頻器容量與同時起動時相比要大些。②大過載容量很多情況下，都要求使用過載容量大的變頻器。通用變頻器過流容量通常多為125%60s或150%60s，需要超過這些值的過流容量時，必須增大變頻器的容量。③注意起動轉矩和低速區(qū)轉矩兩個指標一般的，使用通用變頻器驅動電動機時，起動轉矩比不用變頻器而直接用工頻驅動是要小，肯定會由于負載起動轉矩特性而使電動機不能起動。還需指出的是：電動機工作在低速區(qū)時，其轉矩一般要小于額定轉矩。如果初步選擇的變頻器和電動機不能滿足負載所要求的起動轉矩和低速區(qū)轉矩時，變頻器的容量和電動機的容量可再加大，例如，在某一速度，需要初步選定的變頻器和電動機的額定轉矩70%的轉矩時，與輸出特性虛線比較可知，僅能得到50%的轉矩，則變頻器和電動機的容量都要從新選擇，為初選容量的1.4倍以上。4.2變頻器輸出電壓和輸出頻率的選擇4.2.1輸出電壓變頻器輸出電壓可按電動機額定電壓選定。按國家標準，可分成220V系列和400V系列兩種。對于3KV的電壓電動機使用400V級的變頻器，可在變頻器的輸入側設輸入變壓器、在輸出測安裝輸出變壓器，將3KV先將為400V，再將變壓器的輸出升到3KV。4.2.2輸出頻率變頻器的最高輸出頻率對于不同的機種有不同的值，最高頻率有50、60、120、200HZ或更高。變頻范圍在0～50HZ的變頻器，一般調速范圍在0～額定轉速之間，大容量通用變頻器均屬于此類。最高輸出頻率超過50HZ以上變頻器由于輸出電壓不變并為恒功率特性，要注意在高速區(qū)的轉矩的減小。4.3變頻器選型及說明變頻器所使用的是GY-JCS-10KV/400KW高壓變頻器。4.3.1特征(1)高檔的GY系列中含有全中文操作界面，基于Windows操作平臺，彩色液晶觸摸屏，便于就地監(jiān)控、設定參數、選擇功能和調試；(2)變/工頻切換裝置可按用戶選用配備；(3)高壓主電路與低壓控制電路采用光纖傳輸、安全隔離，系統(tǒng)抗干擾能力強；(4)控制電路通訊方式采用全數字化通訊,簡單、可靠；(5)系統(tǒng)的整流單元、逆變單元的設計,選用組合模塊化積木結構,整機占地面積小、重量輕，便于安裝、維護；(6)高檔的系統(tǒng)控制采用專用的工業(yè)控制計算機，結合PLC可編程控制技術，使電動機在變頻運行時變流量調節(jié)更平滑、穩(wěn)定，實時過程控制自動化程度高；(7)裝置可在本機上操作，也可實現遠距離外控，具備完善、方便的操作功能選擇(8)系統(tǒng)具有標準的計算機通訊接口RS-232或RS-422、RS-485，可方便地與用戶DCS系統(tǒng)或工控系統(tǒng)組態(tài)建立整個系統(tǒng)的工作站，進一步提高系統(tǒng)的自動化控制水平，實現整個工控系統(tǒng)的全閉環(huán)監(jiān)控，從而實現更加完善、可靠的自動化運行；(9)具備全面的故障監(jiān)測、可靠的故障報警保護功能；(10)輸入功率因數高，輸出電壓諧波含量小，無需功率因數補償和諧波抑制器；(11)輸出電壓為標準正弦波形，變頻器輸出至電動機的線纜長度可達20KM。

4.3.2見表4-1所示。表4-1JCS（6000V）技術參數型號JCS315355400450500560630輸出適用電機功率（KW）315355400450500560630額定容量（KVA）410460510580650730820額定電流（A）40455056637179型號JCS7108009001000112012501400輸出適用電機功率（KW）7108009001000112012501400額定容量（KVA）920103011701300146016301820額定電流（A）89100113126141157176型號JCS1600180020002240250028003150輸出適用電機功率（KW）1600190020002240250028003150額定容量（KVA）2100235026102930327036604120額定電流（A）202227252282315353397型號JCS3550400045005000560063007100輸出適用電機功率（KW）3550400045005000560063007100額定容量（KVA）4640523058906540733082509300額定電流（A）447504567630706794895過載能力ZLM型；100%連續(xù)；120%Ie分鐘輸出電壓、頻率三相0～6KV；0.5～60HZ；據需要可增大為120HZ輸入相數、電壓、頻率三相；6KV；50/60HZ允許波動電壓：-10%，-15%；頻率：±5%4.3.3由圖4-1可見，系統(tǒng)由電網高壓直接經高壓斷路器進入變頻器，經過高壓二極管全橋整流、直流平波電抗器和電容濾波，再經逆變器變頻變壓，加上正弦波濾波器，簡單易行地實現高壓變頻輸出，直接供給高壓電動機。圖4-1

IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器主電路原理圖IGBT功率器件直接串聯(lián)的二電平電壓型高壓變頻器是采用低壓變頻器已有的成熟技術，應用獨特而簡單的控制技術成功設計出的一種無輸入輸出變壓器、IGBT直接串聯(lián)逆變、效率達98％的高壓變頻調速系統(tǒng)。4.4變頻器主電路的設計經過對原系統(tǒng)進行分析，對原系統(tǒng)的風壓控制由原來的液力耦合器調節(jié)改為變頻器調節(jié)，即取消原液力耦合器，將電機與液力耦合器之間用一連接軸取代液力耦合器連通，而由變頻器對電機本身進行調速，最后達到調整窯尾預熱器（高溫風機入口）的壓力為工況要求值。

變頻器采用直接高壓變頻器，接入用戶側高壓開關和擬改造電機之間，變頻器控制接入原有的DCS系統(tǒng)，由DCS系統(tǒng)來完成正常操作。為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器同時加裝工頻旁路裝置，可在故障時將電機切換至工頻狀態(tài)下運行，且切換方式為自動切換。變頻器故障時，電機自動切換到工頻運行，這時風機轉速會升高，風壓會發(fā)生很大變化，影響窯內物料的煅燒質量，故此時應及時在DCS上對高溫風機的風門進行及時調節(jié)，降低風機輸出風量至工況要求值。其主電路接線圖如圖4-2所示。圖4-2主電路的接線圖在主電路硬件系統(tǒng)設計中，采用了一臺變頻器連接1臺電動機，并使其具有變頻/工頻兩種工作狀態(tài)，電機通過兩個接觸器與工頻電源和變頻器輸出電源相聯(lián)。變頻器輸入電源前面接入一個高壓斷路器，來實現電機、變頻器的過流過載保護接通，高壓斷路器的容量依據電機的額定電流來確定。由于具有變頻/工頻兩種狀，所以還需要在工頻電源下面接入熱繼電器，來實現電機的過流過載保護接通，熱繼電器的容量依據額定電流來確定。所有接觸器的選擇都要依據電動機的容量適當選擇。變頻器主電路電源輸入端子（R、S、T）經過高壓斷路器與6KV電源連接，變頻器主電路輸出端子（U、V、W）經接觸器接至高壓電動機上，當旋轉方向預設定不一致時，需要調換輸出端子（U、V、W）的任意兩相。特別是對于有變頻/工頻兩種狀態(tài)的電動機，一定要保證在工頻電源拖動和變頻輸出電源拖動兩種情況下電機旋向的一致性，否則在變頻／工頻的切換過程中會產生很大的轉換電流，致使轉換無法成功。在變頻器起動、運行和停止操作中，必須用觸摸面板的運行和停止鍵或者是外控端子來操作，不得以主電路的通斷來進行。4.4.1（1）高壓開關切換柜它有高壓隔離開關、高壓熔斷器、高壓真空接觸器以及電壓互感器、電流互感器等構成。本柜的隔離開關與原控制開關相互互鎖，避免同時投入的可能，以保證設備的安全；高壓真空接觸器控制高壓變頻器的供電，在變頻器發(fā)生故障、需要停機時，由高壓真空接觸器切斷電源。（2）整流柜由六組共42只晶閘管及其均壓電路、觸發(fā)單元、橋臂電抗器等組成。每個橋臂由七只200A、4000V晶閘管串聯(lián)組成，橋臂電抗器的作用是限制晶閘管短路時的di/dt。整流橋將三相高壓交流電變成可控的高壓直流電。（3）逆變柜逆變柜的結構與整流柜完全相同，并可互相使用。其作用是將直流電變?yōu)轭l率可控的三相交流電，經高壓隔離開關直接供電給同步電動機。（4）勵磁柜勵磁柜是由勵磁變壓器（380V/100V）和三相全控整流橋組成。它與遠勵磁系統(tǒng)通過雙開關切換、勵磁柜直接向同步電動機的轉子提供所需的勵磁電流。（5）控制柜主要有控制系統(tǒng)硬件以及操作控制器等組成?？刂葡到y(tǒng)硬件包括以80C196KB微機為核心的數字控制電路、電流調節(jié)器等模擬控制電路以及可編程程序控制器等。以8C196KB微機為核心的數字控制系統(tǒng)配以8路雙極性A/D以及可隨意配置的程序存儲器和數據存儲器。數值控制電路配備RS232和多路二進制I/O，分別接受來自PC和PLC的命令，此外，硬件電路還設有監(jiān)視電路，主要監(jiān)視電源和系統(tǒng)是否嚴重過流、欠壓、過壓。PLC作為上位機，監(jiān)控數字電路以及外圍操作回路的各種接節(jié)點命令。而PLC主要用于數字電路控制電路通信。（6）操作臺設在控制室內值班操作人員使用，對系統(tǒng)實施起動、停止、調速等遠程控制并監(jiān)控電壓、電流、轉速以及就緒、報警、運行、停車等信號。其控制與控制柜等效，通過“內、外控”開關切換。除上述柜裝設備外，同步電動機直接高壓變頻器還包括下列設備：交流進線電抗器：接于整流器的輸入端。其作用是限制晶閘管的di/dt開通時的du/dt;減少變頻器運行時諧波對電網的公害：限制變頻器的短路電流，保護晶閘管的安全。直流平波電抗器：接于逆變器和整流器之間，其主要作用時平滑直流電流，供給逆變器。光電編碼器：它裝于電機軸上。電機每轉一周，它發(fā)出2084個脈沖，這些脈沖經過處理，作為控制系統(tǒng)的速度反饋信號。轉子位置監(jiān)測器；他由一個裝在電機軸上的圓盤和三只光電式接近組成。原盤在響應磁極的位置開有180o電角度的缺口，接近開關在原盤軸向外側以120o電角度依次安放。當原盤隨電動機轉動時，接近開關可以得到三個相位差120o電角度，通斷周期為180o電角度的矩形波脈沖，作為控制逆變器的觸發(fā)脈沖的指令信號。4.4.2主電路（1）高壓斷路器QF用于電源回路的開閉，并且在出現過流或短路事故時自動切斷電源，以防事故的擴大。若需要接地保護，也可以采用漏電保護式斷路器。因為QF具有過電流保護功能，為了避免不必要的誤動作，取IQN≥（1.3～1.4）IN式中IQN——斷路器的額定電流；IN——變頻器的額定電流。從表4-1中得知IN=202A，則IQN≥（1.3～1.4）×202A≥262.6A～282.8A（2）電磁接觸器KM用電源的開閉，在變頻器保護功能起作用時，切斷電源。對于電網停電后的復電，可以防止自動再投入以保護設備的安全及人身安全。選擇時，IKN≥IN式中IKN——觸點的額定電流。即：IKN≥202A（3）交流電抗器AL交流電器除了提高功率因數以外，還有以下功能：1）削弱由電源側短暫的尖峰電壓引起的沖擊電流.2）削弱三相電源電壓不平衡的影響。在只接交流電抗器的情況下，可將功率因數提高到0.85以上。（4）制動電阻單元R用于吸收電動機再生制動的再生電能，可以縮短大慣量負載的自由停車時間；還可以在位能負載下放時，實現再生運行。（5）直流電抗器DL直流電抗器可將功率因數提高到0.9以上。由于體積小，因此許多變頻器已將直流電抗器直接裝在變頻器內。支流電抗器除了提高功率因數外，還可削弱在電源剛接通瞬間的沖擊電流。（6）\o"壓力"壓力\o"傳感器"傳感器\o"壓力"壓力\o"傳感器"傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器，而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用\o"壓電"壓電\o"效應"效應制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。壓電效應是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)\o"測量"測量，因為經過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態(tài)的應力。壓力傳感器由一懸臂梁和4個組成全橋電路的應變片組成。應變片的電阻隨變形大小而發(fā)生線性變化，從而使電橋的兩輸出端點的電位發(fā)生線性變化，該變化經放大后輸入給A/D轉換電路變成10位數字量，其數字量范圍為0～173.4。由于壓力傳感器在0～4MPa內保持線性變化(0～3.4V)，所以壓力計算為A/D轉換后的數字量。乘以4/(173.4～0)。4.5變頻器控制電路的設計控制系統(tǒng)由80C196KB微機為核心的數學控制系統(tǒng)、部分模擬電路及PLC構成。4.5.1和普通直流電動機基本相同，即電流內部環(huán)-速度外環(huán)的雙閉環(huán)調速系統(tǒng)。所不同的是直流母線的電流是單向的，在速度調節(jié)器和直流調節(jié)之間需要加一個絕對值發(fā)生器。另外，整流橋還受到逆變橋換流信號的控制。整流橋的控制由速度調節(jié)器、電流調節(jié)器以及移相觸發(fā)、脈沖功放電路等環(huán)節(jié)組成。速度反饋信號取自裝在電動機軸上的光電編碼器，它所產生的測速脈沖輸入80C196KB微機進行計算，得到速度反饋值；電流反饋信號取自交流進線電源電流互感器，經過處理后發(fā)送到電流調節(jié)器。4.5.2逆變橋的觸發(fā)控制逆變橋的觸發(fā)控制是由轉子位置檢測器發(fā)出的轉子位置信號控制的，其控制由80C196KB微機承擔，通過對電動機的運行狀態(tài)判別，高、低速判別，零電流判別以及轉子的位置判別，在進行Y角分配后發(fā)出逆變橋觸發(fā)脈沖。4.5.3控制系統(tǒng)硬件設計采用模塊化的設計思想，各個模塊功能相對單一，通過總線板相互連接。這樣使系統(tǒng)的通用性強，可根據需要靈活配置，也有利于維護?？刂葡到y(tǒng)各個模塊設計如下：（1）CPU模塊該模塊采用80C196KB微處理器為核心，構成16位數字控制系統(tǒng)。在充分利用80C196KB微處理器，如：A/D、HIS、HSO、定時器等的餓前提下，配以12路雙極性D/A、以及可根據需要隨意配置的數據存儲器和程序存儲器。本系統(tǒng)存儲器采用2片32K*8EPROM，數字存儲器采用帶電RAM。CPU模塊還自帶可裝卸的鍵盤和顯示電源、通過小鍵盤和8微顯示單元，用戶可以方便的修改各種參數，監(jiān)視運行信息。（2）反饋及匹配模塊由高壓開關柜中變化的壓力傳感器取樣，信號經過電子排送，通過PI調節(jié)器比較來決定觸發(fā)脈沖的頻率。（3）電流調節(jié)模塊（4）過流監(jiān)視模塊（5）轉子定位檢測模塊（6）整流觸發(fā)模塊（7）數字觸發(fā)模塊本模塊接收由CPU模塊高速輸出口發(fā)送的六路逆變橋脈沖信號經過高頻調制和功率放大后，傳輸到脈沖功放板進行逆變橋脈沖的最后處理。（8）脈沖功放模塊（9）電壓監(jiān)視模塊本模塊監(jiān)視±15V控制電源和三相同步電源.（10）儀表接口模塊控制顧和操作臺上裝有相同的三塊儀表:轉速表、定子電壓表、定子電流表.有CPU模塊D/A口發(fā)出的數據經過本模塊處理后分別送到模擬表頭.（11）晶閘管檢測模塊4.6閉環(huán)控制系統(tǒng)的設計由于原電機控制為液力耦合器調速，為了安裝變頻器，必須重新設計變頻器專用房。根據現場環(huán)境，我們選擇在高壓配電室旁另建一變頻器專用房，此地方距高壓室較近，動力電纜敷設方便。

利用原先DCS控制電動閥門的4~20MA標準信號，作為變頻器的模擬輸入信號，來控制電動機的轉速。另外，考慮到系統(tǒng)中因物料的影響，有時會造成系統(tǒng)風壓的不穩(wěn)，為提高整個系統(tǒng)的自動調節(jié)和跟隨能力，我們將溫度信號取出，作為變頻器調速的反饋信號，在系統(tǒng)出現塌料等不正常情況時，以便實現自動調節(jié)的功能。閉環(huán)系統(tǒng)組成框圖如圖4-2所示。閉環(huán)系統(tǒng)的控制流程圖如圖4-3所示。圖4-2閉環(huán)系統(tǒng)組成框圖圖4-3閉環(huán)系統(tǒng)的控制流程圖系統(tǒng)正常工作時，出口風壓整定為6個大氣壓，通過UltraStable600壓力傳感器檢測出輸出風壓信號P送至控制器并與設定信號進行比較，由于PI調節(jié)器輸出信號為G，以此作為驅動變頻器的調制信號來控制變頻器，使之輸出某一頻率f和電壓U，來驅動電動機轉動，轉速為n，此時風機給主電動機輸送風量為Q。隨著環(huán)境的變化，出風口風壓也相應變化，通過壓力傳感器UltraStable600檢測后輸出壓力信號變化為P＇，并反饋給控制器與設定信號進行比較，比較后由PI調節(jié)器輸出的信號也隨之變化為G＇，該信號即作為變頻器調制信號用來改變變頻器頻率使其輸出頻率f＇,電壓為U＇，此時電動機轉速改變?yōu)閚＇,則風機風量相應變化為Q＇。直到其出風口風壓穩(wěn)定在整定值，達到轉速、風量、風壓新的平衡，從而閉環(huán)調節(jié)過程結束。該系統(tǒng)可實現電機控制方式選擇：停機、工頻控制、自動變頻控制。電機能工頻運行控制，從而保證在變頻器故障的情況下，電動機能夠切換到工頻繼續(xù)運行?？刂扑肮ゎl-變頻”切換的兩臺接觸器的輔助觸點必須相互聯(lián)鎖，以保證可靠切換，防止變頻器UVW輸出端與工頻電源發(fā)生短路而損壞。為杜絕切換時接觸器主觸點意外熔焊、輔助觸點誤動作而損壞變頻器的事故，最好采用兩臺連體、機械和電氣雙重聯(lián)鎖的接觸器，如三菱公司的FX2N型聯(lián)鎖接觸器等。盡管現在變頻器的工作可靠性是高,但對于一些重要的控制場合和設備來講,裝設切換盤或自動旁路柜，方便實現工頻/變頻兩種狀態(tài)的相互切換,

可以在變頻器故障停機后自動轉變?yōu)楣ゎl起動電機。圖4-3a為切換盤電路，圖4-3b

為自動旁路柜電路圖。自動旁路柜電路有手動/自動控制，考慮本系統(tǒng)并不采用手動/自動轉換，故本設計采用切換盤電路。圖4-3a切換盤電路圖4-3b

自動旁路柜電路.交流經過整流、濾波后得到一直流電壓，再進行逆變，變成三相可變頻率交流供電。如在變頻器與電動機之間裝了接觸器，可能會給變頻器帶來致命的影響。假定電動機一直處于一定運行速度狀態(tài)，此時要斷開接觸器KM1，由于電動機的電感及反電勢的影響，會感應出瞬時高壓，這種高壓經過接觸器觸點電弧傳到變頻器逆變部分功率開關器件上，從而擊穿開關器件，造成變頻器損壞。故在實現變頻與工頻運行的切換中，采用了軟切換技術，即如要將變頻運行切換到工頻運行，首先將變頻器輸出頻率從一定值降到零后，風機處于停止狀態(tài)，且電動機定子電流為零，此時將接觸器KM1斷開，并投入KM2，實現軟切換。這種切換方式是由變頻器內部結構決定的。4.7系統(tǒng)節(jié)能效果分析在該生產線中，高溫風機使用的是6KV高壓同步電動機，拖動功率為1600KW,最高轉速為1495r/min。通過對高溫風機變頻改造，運行時將風門全開，電機的轉速一般運行在870

r/min，節(jié)電率約為43%。由于風機風門全開，改善了管路內通風狀況，風量在自動調節(jié)時還避免了電壓波動對風量的影響，使系統(tǒng)風量均衡、工況平穩(wěn)。表5-2給出了采用變頻調速自動控制改造后與改造前的比較，如下所示。表4-2節(jié)能狀況分析項目投入使用前投入使用后窯喂料量（t/h）170195窯日產量（t）25002900高溫風機起動調節(jié)方式風門變頻6KV側電流（A）1910電機電流（A）1920功率因素0.780.96平均耗電功率（KW）154100起動電流（A）16050運行風門/頻率60%40HZ上述數據為改造后窯系統(tǒng)產量增加的條件下風機耗電對比，由于現在產量提高，風機耗電量下降不多，從中可計算出各風機相應的節(jié)電功率。

高溫風機節(jié)電功率：154－100＝54（kW）根據在其系統(tǒng)調試和開窯過程中記錄的數據，在2500t的產量下，高溫風機6kV側電流為約136A，耗電功率約為1360kW，比改造前同產量耗電功率下降約190kW。按年運行7000小時計算，可推算出兩臺高溫風機的節(jié)電量及節(jié)電效益。

窯高溫風機：

節(jié)電功率：1550－1360＝190（kW）

年節(jié)電量：190kW×7000小時＝133萬kWh

年節(jié)電效益：133萬kWh×0.5元/kWh＝66萬元

此為估算節(jié)電值。變頻調速自動控制的另一大收益為提高了窯系統(tǒng)的產量近1.2倍，由此而產生的增產效益是非常大的，節(jié)約能源；運行成本降低；提高了控制精度；降低了噪音。通過這次磨尾排風機變頻設計，在高壓變頻調速器的應用中，需要注意的問題如下：（1）滿足工藝的要求，在使用過程中要保留風量調節(jié)閥門，以便在管網風壓不能滿足生產要求時，對其進行調節(jié)；（2）為解決維修及故障狀態(tài)下不停機，可通過DCS系統(tǒng)，將高壓隔離開關QF、QF1、QF2、QF3及變頻調速器故障信號，通過編程組態(tài)，做一連鎖，可實現變頻器的工頻旁路功能。（3）在開車調試過程中，盡量不要使設備頻繁起停，避免因變頻器內功率單元模塊的直流電壓過高而引起報警停車；（4）要很好的解決系統(tǒng)的冷卻散熱問題，避免控制柜內能量積聚，造成局部過熱而停車；另外，為設備的運行可靠性考慮，柜體上部的軸流風機要選用兩套，一套運行，一套熱備用。

設計主要技術指標變頻器容量:2100KVA拖動電機容量:1600KW輸入電壓:6KV電壓允許波動范圍:+5%～+10%輸出電壓:600～6000V過載能力:100%連續(xù),120%Ima