| 摘要：本文從窯爐助燃風流量控制中變頻器與調(diào)節(jié)蝶閥的選用方案比較入手，通過應(yīng)用實例，介紹變頻器一些基本性能，節(jié)能、易操作特點及選用注意事項，為擴大變頻器在瓶罐玻璃工廠應(yīng)用提供參考。 關(guān)鍵詞：變頻器 應(yīng)用推廣 一 前言 交流變頻調(diào)速技術(shù)是一項具有八十年代中期國際水平的技術(shù)。采用交流電動機變頻調(diào)速器（以下簡稱變頻器）控制工業(yè)過程中的風機、水泵，則是這項技術(shù)的具體應(yīng)用。這項技術(shù)在一些行業(yè)已得到推廣和應(yīng)用，普遍使用效果較好。我們于九二年及其以后的設(shè)計中采用這項技術(shù)，解決熔窯助燃風流量的控制問題。經(jīng)過實際使用，效果比較理想。以下是我們在應(yīng)用過程中的一些體會。 二 變頻器應(yīng)用中的利與弊 以重油為燃料的玻璃熔窯熱工控制中，助燃風流量閉環(huán)控制系統(tǒng)，是構(gòu)成爐溫、油、風串級比值調(diào)節(jié)（或雙交叉調(diào)節(jié)）系統(tǒng)的一個重要組成部分。助燃風流量控制就執(zhí)行裝置來說，目前有兩種控制方式供選擇：一種是采用蝶閥進行截流式控制；另一種是采用變頻器，進行變頻調(diào)速的控制。這兩種方式均有應(yīng)用的實例。在我們設(shè)計過的瓶罐玻璃工廠中，有幾條引進生產(chǎn)線，自控系統(tǒng)隨熔窯引進，其中助燃風流量控制執(zhí)行裝置采用的是調(diào)節(jié)風門（Regurated Flap），其結(jié)構(gòu)和動作原理同國內(nèi)蝶閥，已使用多年。我們自行設(shè)計的熔窯控制系統(tǒng)則采用變頻器作為助燃風流量控制的執(zhí)行裝置。為什么我們自己設(shè)計的助燃風流量控制系統(tǒng)采用變頻器呢？這是我們根據(jù)玻璃工廠工藝情況和變頻器的特點經(jīng)過分析后得出結(jié)果。下面是我們采用變頻器的一些看法。 １ 有利因素： （１) 采用變頻器控制風機、水泵是一項成熟的技術(shù)，在別的行業(yè)已有應(yīng)用成功的實例。 （２）節(jié)能。據(jù)資料介紹，變頻器節(jié)能效果理論計算高可達50%，平均達41%。由于調(diào)節(jié)蝶閥是靠壓差來調(diào)節(jié)的，因此約有壓差的三分之一的能量作為壓力損失消耗，而變頻器自身功耗僅占總功率3%左右。采用變頻器的控制方案，助燃風風機揚程可以往低選型。 （３）不占用直管段。眾所周知，瓶罐玻璃廠熔窯助燃風管路系統(tǒng)特點是 口徑大、主管道的直管段較短，主管道要同時滿足檢測儀表和執(zhí)行裝置的直管 段比較困難。根據(jù)我們設(shè)計的助燃風管路情況看，送風主管路的管道長短不一。例如長的可達7米，管道內(nèi)徑450mm，約合16D；短的只有1米，管道內(nèi)徑700mm，約合1.4D ；一般以2~4米為多，在相應(yīng)管徑下約合4~6D。根據(jù)常用的氣體流量測量裝置對直管段要求情況看，以均速管的要求較低，據(jù)產(chǎn)品說明書介紹，最有利的管路結(jié)構(gòu)情況下（同一平面內(nèi)有一個900彎頭或三通），上游側(cè)（以下稱前）需7D，下游側(cè)（以下稱后）需3D，有的樣本給出最低直管段要求為前2D，后2D。從多數(shù)的助燃風送風側(cè)管路情況看，均速管需前7D，后3D，否則將達不到均速管所給出1%的測量精度指標。而渦街流量計，至少需前10D，后5D，才能保證1%的測量精度。對于僅有4~8D直管段情況下，若再安裝自身厚度約0.3米的蝶閥的話，相當于插入了一個阻力元件，則連4~8D直管段也沒有了，均速管流量計的直管段不能滿足要求，則直接影響測量精度，甚至將無法保證測量結(jié)果準確性。在近年來的設(shè)計中，采用了在吸風口側(cè)裝設(shè)吸風管道，將檢測元件安裝在吸風管道上的做法，直管段比較容易滿足。但受到工藝條件的限制，并非每個廠都能做到。采用變頻器方案，由于沒有管路阻力元件，相對于采用蝶閥的方案來說有利一些。 （４）變頻器安裝方便，易于操作。由于調(diào)節(jié)蝶閥是嵌裝在助燃風管道的上，一般安裝在距地面2米~7米的空間，安裝和檢修不方便，管徑助燃風風量，最大流量18000m3/h，配用電機功率7.5KW 。流量通過均速管流量計檢測，測量的差壓值經(jīng)差壓變送器轉(zhuǎn)換4~20mA信號，由配電器轉(zhuǎn)換成1~5V信號送微機系統(tǒng)，由微機系統(tǒng)輸出4~20mA信號進入變頻器，通過變頻器去改變助燃風機電機轉(zhuǎn)速，從而達到改變風量目的。 變頻器采用日本富士（FUJI）公司產(chǎn)品，型號為FRN7.5G9S-4JE，規(guī)格為：裝置容量14KVA，配接電機7.5KW ，輸出頻率0~400Hz，最大輸出電流18A，輸入電壓為三相380V，50Hz。這種機型主控板采用雙32位CPU，PWM技術(shù)，輸出功率元件采用IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）模塊。變頻器操作面板采用一塊鍵板（KEYPAD），鍵板通過一個插接口與變頻器相連，輔以螺釘緊固。鍵板上有LED顯示、液晶顯示及八個軟鍵，LED顯示輸出電壓、電流、頻率、電機轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等運行參數(shù)，液晶顯示程序步及設(shè)定參數(shù)。鍵板亦可以通過變頻器上的RS-232C接口，利用選件－電纜將鍵板遠拉至10米處進行遠方操作。變頻器上除0~10V或4~20mA輸入、外部電位器設(shè)定輸入、頻率輸出（0~60Hz，脈沖或模擬方式）、報警輸出等連接端子外，還有外部制動等連接端子用于其他用途，由于助燃風控制系統(tǒng)上較少采用，故不一一羅列，具體可參考有關(guān)說明書。 變頻器的安裝位置設(shè)在風機旁的混凝土立柱上，操作和觀察很方便。 為了保證變頻器的正常運行，將其置于帶門鎖、兩側(cè)有散熱孔的保護箱內(nèi)。 以下是現(xiàn)場對變頻器聯(lián)機調(diào)試時測試得到的一組數(shù)據(jù)，列表１如下。 調(diào)節(jié)器手操 20% 35% 50% 60% 75% 80% 90% 100% 輸出值（mA） 7.2 9.6 12 13.6 16 16.8 18.4 20 輸出頻率（z） 9.15 16.7 24.18 29.25 36.75 39.25 44.34 .34 輸出電流(A) 6.06 6.17 6.45 6.85 7.84 8.34 9.36 10 輸出電壓(V) 69 126 182 221 276 295 334 372 轉(zhuǎn)速（red/m） 183 334 483.5 584.2 734.2 785.6 887.2 轉(zhuǎn)矩 9 14 20 26 36 41 50 61 測量風量（m3/h） 3486 5150 7250 6800 10800 11800 13250 14590 平均風量（m3/Hz） 381 343 301 294 294 301 299 296 V/F特性（red/Hz） 7.54 7.54 7.53 7.56 7.51 7.52 7.53 7.54 注：1. 調(diào)節(jié)器手操輸出為百分數(shù)，輸出值(mA)為理論計算值，并不是實際測量值。 2. 風量測量值顯示的是一個波動值,約在本表取值的±50m3/h上下波動。 三 變頻器產(chǎn)品的目前情況 目前變頻器的生產(chǎn)廠家較多，據(jù)我們所知，在我國市場的產(chǎn)品有：日本安川（YASKAWA)、富士（FUJI）、日立（HITACHI）、三菱（MITSUBISHI）、三肯（SANKEN）、松下（NATIONAL），美國ABB，丹麥丹佛斯，德國西門子（SIEMENS），韓國金星（GLOGSTAR，有譯為高士達），臺灣臺達、普傳、北京比萊恩（北京電機總廠引進日本三菱電機公司技術(shù)生產(chǎn)）、西安西普（采用臺灣普傳PI90系列技術(shù)）、北京北茂、深圳華為等公司產(chǎn)品。 市場上的產(chǎn)品從操作面板上的設(shè)定方式看可分為兩類：一類是電位器設(shè)定（模擬）方式，早期的產(chǎn)品采用這種方式，另一類是軟鍵設(shè)定（數(shù)字）方式，為目前的主流產(chǎn)品所采用。 面板上采用電位器設(shè)定頻率的變頻器，其外部設(shè)定輸入信號有0~或4~信號，也可以通過外部電位器進行設(shè)定。輸出頻率采用模擬儀表指示或LED數(shù)字顯示。主控板采用8位或位16CPU，PWM技術(shù)。功率輸出元件采用GTR模塊。 面板上采用軟鍵設(shè)定頻率的變頻器，其外部設(shè)定輸入信號亦有0~或4~20mA。DC信號，亦可以通過外部電位器進行設(shè)定。輸出頻率采用LED數(shù)字顯示，顯示功能比較豐富，除了顯示頻率外，電壓、電流、轉(zhuǎn)速等主要參數(shù)可手動切換顯示。主控板采用16位或32位CPU，采用全數(shù)字矢量PWM技術(shù)。功率元件采用IGBT模塊。更進一步的元件采用IPM（Intelligent Power Module adopting IGBT，采用IGBT的智能功率模塊），這是一種內(nèi)置保護電路的功率輸出模塊。 數(shù)字設(shè)定變頻器是近年來新產(chǎn)品。這種產(chǎn)品除了繼承以往產(chǎn)品功能外，新增了不少功能，尤其是采用了磁通矢量控制實現(xiàn)低速高轉(zhuǎn)矩（高達150%）以及采用IGBT功率輸出模塊，在一定程度上解決了低頻低轉(zhuǎn)矩以及低頻產(chǎn)生電磁噪音的問題，通用性更好，性能價格比高。 以下是目前較先進的變頻器產(chǎn)品具有的一些基本特點。 （１）采用32位CPU。例如日本日立J300系列、富士FRNG9S系列（采用雙32位CPU），日本三肯公司IF系列產(chǎn)品等。 （２）通信接口功能。 （３）多種設(shè)定方式： 數(shù)字式頻率給定， 模擬量給定（4~20mA）， 電位器給定（0~1K）， 固定頻率給定， 遙控數(shù)據(jù)傳輸。 （４）豐富的數(shù)字顯示。 （５）豐富的內(nèi)部功能。 （６）適應(yīng)各種場合。 （７）采用IGBT模塊。 （８）各種保護功能，例如過電流、過電壓、欠電壓、過載、接地短路、變頻器過熱、瞬時停電等基本保護功能均具備。 （９）匹配電機容量范圍廣：三相380V，50Hz，0.2~220KW。 （１０）輸出頻率準確度：0.2~0.5級。 目前市場上還有一種產(chǎn)品，自帶PID功能，只需將檢測信號接入，在變頻器上進行PID參數(shù)設(shè)定，則可控制電機，例如美國ABB公司生產(chǎn)的變頻器。這種產(chǎn)品適合于分散的單參數(shù)調(diào)節(jié)的場合，同時可省去一個PID調(diào)節(jié)器。 四 結(jié)束語 對助燃風實行開環(huán)控制或閉環(huán)控制的應(yīng)用實踐證明，采用變頻器作為執(zhí)行裝置完全可以滿足控制質(zhì)量要求。選用變頻器作為熔窯助燃風控制系統(tǒng)的一個執(zhí)行環(huán)節(jié)，具有調(diào)節(jié)性能好，系統(tǒng)的穩(wěn)定性高，體積小、易安裝、易維護等特點，對窯爐熱工制度比較有利，值得推廣。實際選用在滿足基本功能情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮產(chǎn)品質(zhì)量可靠，價格合理。新一代變頻器保護功能及低頻運行性能較好，質(zhì)量相對來說較優(yōu)，價格也還合理，對于使用臺數(shù)不多、可靠性要求較高的助燃風控制系統(tǒng)來說，值得選型時優(yōu)先考慮。由于變頻器具有節(jié)能、控制特性好、易操作的特點以及隨著產(chǎn)品不斷改進，價格逐步降低，應(yīng)用范圍在逐步擴大。瓶罐玻璃行業(yè)的窯爐加料系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、窯爐冷卻系統(tǒng)等場合風機、水泵、電磁線圈都適于采用變頻器控制。 |
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