蒸汽鍋爐電氣控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計說明書

1、本科生畢業(yè)設(shè)計說明書題 目：蒸汽鍋爐電氣控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名：王學(xué) 號：0專 業(yè)：自動化班 級：自動化指導(dǎo)教師：師71 / 77文檔可自由編輯打印蒸汽鍋爐電氣控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要蒸汽鍋爐是石油、電力、化工等行業(yè)中重要的動力設(shè)備。當(dāng)今社會資源緊張，環(huán)境破壞日益嚴(yán)重，因此鍋爐作為將一次能源轉(zhuǎn)化為二次能源的設(shè)備，在集中供熱過程中起著極其重要的作用，應(yīng)不斷提高對其的控制與管理水平，進而提高能源的利用率，減少對環(huán)境的破壞。鍋爐系統(tǒng)復(fù)雜而龐大，對其各個部分進行合理控制在實際應(yīng)用中具有極其重要的意義，而汽包液位控制和鍋爐燃燒控制在鍋爐的整體控制中顯得尤為重要。本文對鍋爐汽包液位進行數(shù)字監(jiān)控和光柱式顯示，要保證

2、鍋爐安全運行，其中很主要的一個因素是要保證汽包水位在一個合適的范圍內(nèi)。過高的水位會使鍋爐鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽帶水增多，使汽包出口的蒸汽帶水量增加；而水位過低可能導(dǎo)致鍋爐缺水，使得循環(huán)管局部過熱而爆裂。進而采用變頻器變頻調(diào)速控制和工頻控制相互結(jié)合的電氣控制方式實現(xiàn)了鍋爐液位的自動控制。關(guān)鍵詞：蒸汽鍋爐，汽包液位，變頻器，電氣控制Electric Steam Boiler Control System DesignAbstract Steam boiler is oil, important power equipment in electric power, chemical industry, e

3、tc. In todays society resources nervous, serious environmental damage, so the boiler as an energy can be converted to secondary energy equipment, in the central heating plays a vital role in the process, should constantly improve the control and management level, and improve energy utilization rate,

4、 reduce the damage to the environment.Complex and large boiler system, the parts were reasonable control is of great significance in the practical application, and the drum level control in boiler and boiler combustion control is particularly important in the control of the whole. Numbers in this pa

5、per, the boiler steam drum level monitoring and the lamp type, to ensure the safe operation of the boiler, and one is the main factors is to ensure that the steam drum water level in a suitable range. High water level of boiler in the boiler causes increase in the number of steam with water, increas

6、e the export of steam drum with water; And low water level may result in the boiler water shortage, make circulating pipe local overheat and burst. And then USES the way of the electrical control system of inverter, industrial computer in combination with each other the boiler liquid level automatic

7、 control is realized.Key words: Steam boiler, steam drum level, frequency converter, electric control目 錄摘 要IAbstractII第一章 引 言11.1 鍋爐的應(yīng)用及研究背景11.2 變頻器的應(yīng)用11.2.1 變頻調(diào)速的優(yōu)點11.2.2 變頻調(diào)速在電機控制方面的優(yōu)勢21.2.3變頻器以提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量為目的的應(yīng)用2第二章 蒸汽鍋爐生產(chǎn)工藝及控制任務(wù)32.1 蒸汽鍋爐的組成和工作過程32.1.1 蒸汽鍋爐的構(gòu)造32.1.2 蒸汽鍋爐的工作過程分析42.2 鍋爐控制的任務(wù)和特點62.2.

8、1 鍋爐控制的任務(wù)62.2.2 給水自動控制72.2.3 鍋爐燃燒過程控制8第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計113.1 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的組成113.1.1 汽包水位控制系統(tǒng)113.1.2 爐膛壓力、溫度控制系統(tǒng)113.2 鍋爐控制系統(tǒng)方案的確定123.2.1 汽包水位控制系統(tǒng)方案的確定123.2.2 爐膛壓力、溫度控制系統(tǒng)方案的確定14第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計174.1 變頻器簡介174.1.1 變頻器的分類174.1.2 變頻器的主要功能194.1.3 變頻器的基本構(gòu)成214.1.4 變頻器的工作原理圖234.1.5 變頻器參數(shù)設(shè)置264.2 變頻器的選擇284.2.1 變頻器接線方式284.2.

9、2 三相變頻器主回路端子說明324.2.3 變頻器操作與顯示324.2.4 操作面板的操作方法354.2.5 變頻器參數(shù)設(shè)定384.3 接觸器的選擇434.3.1 交流接觸器的作用434.3.2 交流接觸器的選用434.4 電流互感器的選擇444.5 傳感器的選擇444.5.1 溫度傳感器的選擇454.5.2 流量傳感器、壓力傳感器474.5.3 液位傳感器474.6 變送器的選擇484.6.1 溫度變送器484.6.2 差壓變送器494.6.3 壓力變送器494.7 智能顯示儀表的選擇504.8 變頻柜的選擇514.7.1變頻柜的功能514.7.2變頻柜的選擇524.9 操作臺的設(shè)計524.

10、9.1 操作臺的技術(shù)結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求524.9.2 操作臺的平面顯示與控制534.10 導(dǎo)線的選擇544.11 電壓表和電流表選擇55參考文獻58致 謝59附錄60第一章 引 言1.1 鍋爐的應(yīng)用及研究背景蒸汽鍋爐作為重要的動力設(shè)備是工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的。我國蒸汽鍋爐應(yīng)用廣泛，每年消耗掉的煤超過億噸，節(jié)省資源消耗的有效途徑是提高蒸汽鍋爐的生產(chǎn)效率，并有助于改善環(huán)境。但是，我國大部分正在運行的鍋爐還處在很落后的控制系統(tǒng)階段，具有偏低的工作效率，許多鍋爐廠或者工業(yè)生產(chǎn)中用的都是水平相差很多的司爐工，他們都是根據(jù)自己的經(jīng)驗和常識在控制鍋爐，這就使得鍋爐生產(chǎn)效率低，耗煤嚴(yán)重，環(huán)境污染嚴(yán)重。鍋爐控制系統(tǒng)具

11、有變量多、大慣性、大滯后性、非線性等特點，因此是一個龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)。鍋爐在生產(chǎn)過程中大多是長時間運行的，沒有影響安全的因素發(fā)生時，一般不使鍋爐停機，也就是說鍋爐的生產(chǎn)效率高低很大原因取決于鍋爐控制系統(tǒng)的好壞，將變頻器應(yīng)用于鍋爐生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，使其對鍋爐各個生產(chǎn)過程實施自動控制，能夠確實有效的提高鍋爐的控制效率，使鍋爐能夠安全、經(jīng)濟運行。1.2 變頻器的應(yīng)用變頻器是電機控制技術(shù)經(jīng)過10年發(fā)展推向市場的一種成熟產(chǎn)品,其結(jié)構(gòu)大多為交一直一交型的。變頻器具有良好的驅(qū)動性能、先進的自動控制功能及節(jié)能節(jié)電等顯著優(yōu)點,在風(fēng)機、水泵等控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。1.2.1 變頻調(diào)速的優(yōu)點 由于采用變頻調(diào)速后，風(fēng)機、

12、泵類負(fù)載的節(jié)能效果最明顯，節(jié)電率可達到20%60%，這是因為風(fēng)機水泵的耗用功率與轉(zhuǎn)速的三次方成比例，當(dāng)用戶需要的平均流量較小時，風(fēng)機、水泵的轉(zhuǎn)速較低，其節(jié)能效果也是十分可觀的。而傳統(tǒng)的擋板和法門進行流量調(diào)節(jié)時，耗用功率變化不大。由于這類負(fù)載很多，約占交流電動機總?cè)萘康?0%30%，它們的節(jié)能就具有非常重要的意義。對于一些在低速運行的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如傳送帶等，變頻調(diào)速也可節(jié)能。除此之外，原有調(diào)速方式耗能較大者（如繞線轉(zhuǎn)子電動機等），原有調(diào)速方式比較龐雜，效率較低者（如龍門刨床等），采用了變頻調(diào)速后，節(jié)能效果也很明顯。1.2.2 變頻調(diào)速在電機控制方面的優(yōu)勢變頻調(diào)速很容易實現(xiàn)電動機的正、反轉(zhuǎn)。只需要

13、改變變頻器內(nèi)部逆變管的開關(guān)順序，即可實現(xiàn)輸出換相，也不存在因換相不當(dāng)而燒毀電動機的問題。變頻調(diào)速系統(tǒng)起動大都是從低速開始，頻率較低。加、減速時間可以任意設(shè)定，故加、減速時間比較平緩，起動電流較小，可以進行較高頻率的起停。變頻調(diào)速系統(tǒng)制動時，變頻器可以利用自己的制動回路，將機械負(fù)載的能量消耗在制動電阻上，也可回饋給供電電網(wǎng)，但回饋給電網(wǎng)需增加專用附件，投資較大。除此之外，變頻器還具有直流制動功能，需要制動時，變頻器給電動機加上一個直流電壓，進行制動，則無需另加制動控制電路。1.2.3變頻器以提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量為目的的應(yīng)用變頻調(diào)速除了在風(fēng)機、泵類負(fù)載上的應(yīng)用以外，還可以廣泛應(yīng)用于傳送、卷繞、起

14、重、擠壓、機床等各種機械設(shè)備控制領(lǐng)域。它可以提高奇特的產(chǎn)成品率，延長設(shè)備的正常工作周期和使用壽命，使操作和控制系統(tǒng)得以簡化，有的甚至可以改變原有的工藝規(guī)范，從而提高了整個設(shè)備控制水平。第二章 蒸汽鍋爐生產(chǎn)工藝及控制任務(wù)。2.1 蒸汽鍋爐的組成和工作過程2.1.1 蒸汽鍋爐的構(gòu)造鍋爐有許多種類型，可以分為熱水鍋爐和蒸汽鍋爐兩種。對于蒸汽鍋爐，根據(jù)燃料的不同，又可分為燃煤鍋爐和燃?xì)忮仩t。雖然它們?nèi)紵龝r用的燃料不同，但是它們的工作原理是一樣的，蒸汽產(chǎn)生的過程是相同的。本文主要是針對燃煤蒸汽鍋爐進行研究設(shè)計的。圖2.1蒸汽鍋爐工藝流程簡圖蒸汽鍋爐工藝流程如上圖所示，其中主要包括以下幾個重要組成部分：

15、（1）汽包：汽包的組成包括三部分，它們是上鍋筒，下鍋筒和連接兩者的對流管束。補水泵將水打入汽包內(nèi)，水被爐膛的火焰加熱，迅速達到沸點，變?yōu)樗魵?，將水蒸汽從蒸汽管道中輸出，供?fù)載用戶使用。此間，汽包的水位不能過高也不能太低，應(yīng)保持在一定高度范圍內(nèi)，以保證鍋爐的正常運行。（2）爐膛：燃料被送入爐膛后進行燃燒釋放出的熱能傳給需要加熱的水，煤通過上煤機的煤斗進入爐膛，并落在鏈條爐排上，在爐膛內(nèi)燃燒。這時候鼓風(fēng)機將燃燒時需要的空氣送入爐膛內(nèi)，提供燃燒時需要的氧氣。燃燒過程結(jié)束后，爐排將殘渣通過除灰口送入除灰機的灰斗中。燃燒時產(chǎn)生的煙氣通過引風(fēng)機由煙囪排出。（3）省煤器：爐膛中產(chǎn)生的煙氣還帶有一定的熱量，

16、如果直接將其排放掉有些可惜，因此利用省煤器使煙氣中的余熱將汽包補水進行預(yù)熱，這樣就提高了補水的溫度，而且減少了煙氣帶出的熱量，提高了能量利用率，因此被稱作省煤器。它是由U形管組成，以增加補水管受熱面積，更好地實現(xiàn)能量交換。（4）引風(fēng)機：爐膛中的煙氣需要排出，這就需要引風(fēng)機來幫助實現(xiàn)。（電機功率75KW）（5）鼓風(fēng)機：鼓風(fēng)機將空氣送入爐膛內(nèi)，保證燃燒時需要的氧氣。(電機功率37KW)（6）補水泵：給水管道和補水泵構(gòu)成鍋爐補水環(huán)節(jié)，補水泵需要克服省煤器和給水管道中爐膛壓力和流動阻力將水打入鍋爐汽包中，為了防止因一臺補水泵不工作而無法使鍋爐正常運行的狀況出現(xiàn)，需在鍋爐房內(nèi)利用變頻控制和工頻控制兩種方

17、式并配備兩臺補水泵（電機功率22KW），進行一用一備。這樣才能保證安全、有效的運行。（7）上煤機：將煤按生產(chǎn)需要送入爐膛內(nèi)的設(shè)備（電機功率4KW）。（8）爐排：使煤在爐膛內(nèi)有效燃燒的設(shè)備（電機功率3KW）。（9）出渣機：將燃燒后的殘渣排出爐膛的設(shè)備（電機功率3KW）.2.1.2 蒸汽鍋爐的工作過程分析蒸汽鍋爐主要是由汽包和爐膛組成，燃料在爐膛內(nèi)燃燒放出大量的熱，使?fàn)t膛內(nèi)的空氣變?yōu)楦邷責(zé)煔猓邷責(zé)煔馔ㄟ^受熱面作用于汽包內(nèi)的水。這種溫度較低的水被高溫?zé)煔饧訜岷鬁囟壬叩椒悬c后沸騰，產(chǎn)生汽化水蒸氣。在鍋爐的運行過程中，爐膛中進行燃料燃燒的過程、汽包中的水通過高溫?zé)煔鈧鳠岫鴮?dǎo)致汽化的過程是同時進行的。

18、現(xiàn)在就簡單介紹一下這幾個過程：（1）蒸汽鍋爐的燃燒過程煤從上煤機的煤斗中落入爐排，通過轉(zhuǎn)動的爐排送入爐膛燃燒。在送入的過程中，利用爐排調(diào)整煤的厚度，煤在爐膛中燃燒主要分三個階段：A預(yù)熱階段：溫度較低的煤通過上煤機進入爐膛后，被高溫?zé)煔饧訜幔瑴囟壬仙脚R界溫度，達到可以燃燒的狀態(tài)。B燃燒階段：煤被加熱到足夠的溫度燃燒起來以后，轉(zhuǎn)動的爐排將煤繼續(xù)向爐膛深處傳送，這時要有足夠的氧氣供給煤燃燒使用，這就需要鼓風(fēng)機不斷地向爐膛內(nèi)送入空氣。C燃盡階段：煤在爐膛內(nèi)充分燃燒至煤渣狀態(tài)，經(jīng)爐排和出渣機送出爐膛。如果煤沒有完全燃燒，還有明火存在，說明應(yīng)該提高鼓風(fēng)機的送風(fēng)量。（2）蒸汽鍋爐的傳熱過程煤在爐膛內(nèi)燃燒放

19、出熱量，爐膛中的溫度逐步升高。爐膛中的沸水管吸收高溫?zé)煔獾臒崃?，完成熱交換。引風(fēng)機把傳出熱量的煙氣排出爐膛，煙氣不斷地將熱量傳給汽包，殘留的部分熱量經(jīng)過省煤器吸收后，被煙囪排入大氣。（3）蒸汽鍋爐的汽化過程鍋爐汽包中的水被加熱沸騰汽化生成蒸汽的過程就是鍋爐的汽化過程，此過程又分為汽水分離過程和水的循環(huán)過程。在爐膛溫度較低的區(qū)域，連接上下鍋筒的對流管束中水溫較低，汽水化合物中水的比重較大，向下鍋筒移動；而在溫度較高的區(qū)域，對流管束中的水吸收熱量多，汽水化合物中汽的比重較大，向上鍋筒移動，這就完成了汽包內(nèi)水的循環(huán)過程。汽包內(nèi)還裝有汽水分離裝置，如若不加此裝置，產(chǎn)生的蒸汽會帶有一定的水，會影響生產(chǎn)需

20、求。蒸汽和水被汽水分離裝置分開以后，蒸汽由管道輸出，水會留在汽包內(nèi)繼續(xù)被加熱。2.2 鍋爐控制的任務(wù)和特點2.2.1 鍋爐控制的任務(wù)蒸汽鍋爐的功能是生產(chǎn)具有一定壓力、溫度參數(shù)的蒸汽，滿足外部對負(fù)荷的需求。為滿足此要求，并保證鍋爐本體的安全經(jīng)濟運行，要求鍋爐的控制系統(tǒng)具有完善的自動檢測、自動程序控制、自動保護等功能。而鍋爐是一多變量、多回路、多禍合的復(fù)雜系統(tǒng)，擾動源比較多，要保證提供合格的蒸汽以滿足負(fù)荷的要求，其工作過程中的各主要工藝參數(shù)必須嚴(yán)格控制，為此，鍋爐的主要控制任務(wù)為:（1）保持鍋筒水位在規(guī)定的范圍內(nèi)（2）保持爐膛負(fù)壓在規(guī)定的范圍（3）穩(wěn)定蒸汽溫度、壓力和蒸發(fā)量（4）保持燃燒的經(jīng)濟性和

21、鍋爐的安全運行完成上述的任務(wù)需要監(jiān)控五個主要的被調(diào)節(jié)量和四個調(diào)節(jié)量，具體如下圖所示:圖2.2鍋爐主要參量2.2.2 給水自動控制給水控制的必要性蒸汽鍋爐給水的基本任務(wù)是在各種負(fù)荷條件下，控制給水量，使進入鍋爐的水量與送出的蒸汽在數(shù)量上保持平衡。對于鍋筒鍋爐，這種平衡的標(biāo)志是鍋筒水位維持在工藝要求的范圍內(nèi)。對于蒸汽鍋爐，水位的高低對鍋爐的安全運行和生產(chǎn)工藝要求影響很大。水位過高，蒸汽帶水量過多，降低蒸汽品質(zhì)，會在蒸汽管道內(nèi)發(fā)生水沖擊，甚至?xí)l(fā)生滿水事故；水位過低，則會破壞水循環(huán)，以至燒壞某些受熱面，嚴(yán)重時會造成爆炸事故，所以維持鍋爐汽包水位的穩(wěn)定是十分必要的。給水控制

22、的難點鍋爐運行時，要保持鍋筒水位在規(guī)定的范圍內(nèi)，須不斷地往鍋筒內(nèi)補水。汽包水位是鍋爐運行的重要指標(biāo)，保持水位在一定的范圍內(nèi)是保證鍋爐安全運行的首要條件。在該汽包水位的控制系統(tǒng)中，被控變量是汽包水位，操縱變量是給水量。它主要是保持汽包內(nèi)部的物料平衡，使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸汽量，維持汽包中水位在工藝允許的范圍內(nèi)。水位過高、過低，都會給鍋爐及蒸汽用戶的安全操作帶來不利的影響。首先，水位過高，會影響汽包內(nèi)的汽水分離，飽和蒸汽 將會帶水過多，導(dǎo)致過熱器管結(jié)垢并損壞，使過熱蒸汽的溫度下降。以此過熱蒸汽帶動汽輪機，則將因蒸汽帶液損壞氣輪機的葉片，造成運行的安全事故。然而，水位過低，則因汽包內(nèi)的水量減少，而負(fù)荷

23、很大，加快水的汽化速度，若不及時加以控制，將有可能使汽包內(nèi)水全部汽化；尤其是大型鍋爐，水在汽包內(nèi)的停留時間極短，從而導(dǎo)致水冷壁燒壞，甚至引起爆炸。所以，保持汽包水位在工藝允許的范圍內(nèi)是鍋爐正常運行的重要指標(biāo)！變頻器給水自動調(diào)節(jié)鍋爐水位控制方案一般有單沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)、雙沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)和三沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)三種，本文主要利用變頻器進行單沖量給水調(diào)節(jié)，在單沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，變頻器接受鍋筒水位高低信號，根據(jù)汽包內(nèi)水位的高低改變變頻器的輸出頻率，進而改變補水泵電機的功率，達到保持水位在一定范圍內(nèi)。保證鍋爐正常運行。2.2.3 鍋爐燃燒過程控制控制任務(wù)鍋爐的基本

24、組成是“鍋”和“爐”兩大部分。燃料在“爐”中燃燒放熱，高溫?zé)煔鈹y帶的熱量為“鍋”的受熱面吸收，以產(chǎn)生一定壓力和溫度的蒸汽。作為鍋爐的燃燒設(shè)備一“爐”，其任務(wù)是針對不同燃料的燃燒特性，為其完全燃燒創(chuàng)造良好的條件，以求燃料將其熱量最大限度地釋放出來。鍋爐的燃燒控制直接關(guān)系著是否對環(huán)境造成污染、是否節(jié)能及能否給企業(yè)帶來效益。所以，鍋爐的燃燒控制自動化多年來倍受重視。鍋爐燃燒過程電氣控制的主要任務(wù)是:（1）保持蒸汽壓力穩(wěn)定鍋爐運行中蒸汽負(fù)荷隨時發(fā)生變化，并反映到蒸汽壓力波動，這樣就必須隨時改變?nèi)剂狭恳赃m應(yīng)負(fù)荷的需要，并保持汽壓穩(wěn)定。（2）保證經(jīng)濟燃燒為了得到最經(jīng)濟的燃燒工況，就要保持燃料量和送風(fēng)量之間

25、有合適的比例，當(dāng)燃料量改變時，必須相應(yīng)地調(diào)節(jié)送風(fēng)量，使它與燃煤量相配合。（3）保持爐膛壓力一定中小型工業(yè)鍋爐目前一般采用爐膛負(fù)壓運行方式，且負(fù)壓維持在10OPa以內(nèi)。爐膛負(fù)壓過小，爐灰和火苗從火孔和爐門等處外溢，會引起爐膛噴火等事故;負(fù)壓過大，會引起漏風(fēng)量增大，影響鍋爐熱效率，不利于經(jīng)濟燃燒，同時使引風(fēng)機電耗量增大。因此，必須嚴(yán)格保證爐膛負(fù)壓穩(wěn)定在某一水平，這對燃燒工況、鍋爐房工作條件、爐子的維護和安全運行都是有利的，這也是保證鍋爐經(jīng)濟燃燒和安全性的重要指標(biāo)。雖然燃燒控制系統(tǒng)是一個多參數(shù)變量的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，但通常都把它簡化成互相聯(lián)系、密切配合但又相對獨立的3個單變量系統(tǒng)來實現(xiàn)，即:以燃料量維持鍋爐

26、壓力恒定的蒸汽壓力控制系統(tǒng)，以送風(fēng)量維持鍋爐經(jīng)濟燃燒的送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以引風(fēng)量維持爐膛負(fù)壓穩(wěn)定的爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。蒸汽壓力控制蒸汽壓力是反映蒸汽供需關(guān)系平衡與否的重要指標(biāo)，也是表征蒸汽的重要參數(shù)。汽壓偏高，會加速金屬材料的蠕變;汽壓偏低，說明供需關(guān)系不平衡，設(shè)備消耗的蒸汽量大于現(xiàn)有的產(chǎn)汽量，難以維持長期穩(wěn)定的運行。因此，維持壓力穩(wěn)定是安全生產(chǎn)和維持運行的需要。調(diào)節(jié)爐排的轉(zhuǎn)速。給煤量大，供給的熱量多，鍋水吸熱多，產(chǎn)生的蒸汽壓力增大，相反則蒸汽壓力減小。當(dāng)然，給煤量必須與鼓風(fēng)量配合，一定給煤量對應(yīng)最佳鼓風(fēng)量，鼓風(fēng)量小，燃燒不完全，鼓風(fēng)量大帶走過多熱量。而且，根據(jù)工藝要求，當(dāng)負(fù)荷增加時，

27、應(yīng)先增加鼓風(fēng)量，再增加給煤量:負(fù)荷減小時，先減少給煤量，后減少鼓風(fēng)量。經(jīng)濟燃燒鍋爐的燃燒涉及到很多變量，如空氣過剩系數(shù)、煙氣含氧量、風(fēng)煤比，要使鍋爐實現(xiàn)經(jīng)濟燃燒，必須綜合考慮各種相關(guān)因素，并進行合理控制。國內(nèi)外己有不少機構(gòu)對鍋爐控制進行了研究，并有相關(guān)的先進控制與優(yōu)化軟件問世，但由于種種原因，在中小型控制系統(tǒng)中的應(yīng)用還極少。國內(nèi)的相關(guān)控制大多仍基于傳統(tǒng)的控制策略，如PD控制、比值控制、串級控制、前饋控制等，在此基礎(chǔ)上加進一些優(yōu)化技術(shù)，如PD控制器參數(shù)自整定、自適應(yīng)控制、模糊控制等，最終的目的都是為了實現(xiàn)鍋爐燃燒的在線優(yōu)化，以實現(xiàn)經(jīng)濟燃燒。還有一點需要說明，在現(xiàn)在的鍋爐中為使燃料完

28、全燃燒，大都增設(shè)了二次風(fēng)，以加強煙氣和空氣的擾動、混合和延長煙氣流程，減少化學(xué)未完全燃燒損失，同時使煙氣中的煤粒在爐膛內(nèi)停留較長時間，使其得到充分燃燒。根據(jù)運行經(jīng)驗，合理使用二次風(fēng)能使鍋爐的熱效率提高3一%5左右。爐膛負(fù)壓控制影響爐膛負(fù)壓的因素主是鼓風(fēng)量和引風(fēng)量，一般爐膛負(fù)壓主要通過控制引風(fēng)量的大小來控制。在這里，爐膛負(fù)壓作為被控對象，引風(fēng)量作為控制對象，當(dāng)然這是在鼓風(fēng)量一定的前提下說的。當(dāng)鼓風(fēng)量發(fā)生變化的時候，引風(fēng)量也要跟著變化，通常是把鼓風(fēng)量作為引風(fēng)控制的前饋量，在鼓風(fēng)量增加時立即增加引風(fēng)量，當(dāng)鼓風(fēng)量減少時，經(jīng)過一段時間再減少引風(fēng)量。連鎖控制在鍋爐控制中，為保證

29、鍋爐安全運行，在某一機構(gòu)發(fā)生故障時，要有即時報警和相關(guān)保護，并觸發(fā)與之關(guān)聯(lián)的設(shè)備實現(xiàn)自動連鎖。鍋爐運行要求的連鎖動作大體有以下幾項:（1）鼓風(fēng)機 要求當(dāng)引風(fēng)電機停止、爐排電機停止、鍋筒壓力或蒸汽總管壓力超出上限時，鼓風(fēng)電機自動停止。啟動時，只有引風(fēng)機運行起來后才開鼓風(fēng)機。（2）引風(fēng)機 要求當(dāng)鍋筒壓力或蒸汽總管壓力超出上限時，引風(fēng)電機自動停止。（3）爐排電機 要求當(dāng)鼓風(fēng)電機或引風(fēng)電機發(fā)生故障時，爐排電機立即停止運行。在正常啟停時，當(dāng)鼓風(fēng)和引風(fēng)開起來后再開爐排電機，停機時先停爐排電機。（4）補水泵要求鍋筒水位超出上限時，補水泵自動停止；鍋爐水位低于下限時，補水泵變頻器增大頻率使水泵電機轉(zhuǎn)速增加，補

30、水量加大，使汽包內(nèi)的水位盡快達到工藝要求的水位。當(dāng)水位穩(wěn)定在工藝要求范圍內(nèi)時，變頻器以恒定頻率運行。第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計3.1 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的組成鍋爐燃燒控制系統(tǒng)由汽包水位控制系統(tǒng)和爐膛負(fù)壓、溫度控制系統(tǒng)。汽包水位控制系統(tǒng)主要根據(jù)汽包內(nèi)液位的高低來進行控制；在爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)中，送風(fēng)量對爐膛壓力的影響很小，爐膛壓力主要是靠引風(fēng)機來調(diào)節(jié)的，所以有時它也被稱為引風(fēng)控制系統(tǒng)。在整個鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中，蒸汽壓力的變化表示鍋爐蒸汽的產(chǎn)生量與負(fù)荷的耗汽量不相適應(yīng)，因此必須相應(yīng)的而改變?nèi)剂系墓?yīng)量，以改變鍋爐蒸汽的產(chǎn)量。當(dāng)燃料改變時，必須相應(yīng)的改變送風(fēng)量，使燃料量與空氣量相適應(yīng)，保證燃燒過程有較

31、高的經(jīng)濟性。同時，當(dāng)送風(fēng)量改變時，也應(yīng)該相應(yīng)的改變引風(fēng)量，從而使得爐膛壓力保持在-0.1MPa左右。爐膛溫度控制系統(tǒng)主要根據(jù)給煤量、送風(fēng)量和爐排轉(zhuǎn)速來進行控制。3.1.1 汽包水位控制系統(tǒng)汽包水位是鍋爐運行的主要指標(biāo)，是一個非常重要的被控變量，維持水位在一定范圍內(nèi)是保證鍋爐安全運行的首要條件，這是因為：（1）水位過高會影響汽包內(nèi)汽水分離，飽和水蒸汽帶水過多，同時過熱蒸汽溫度急劇下降。該過熱蒸汽作為汽輪機的動力，將會損壞汽輪機葉片，影響運行的安全性與經(jīng)濟性。（2）水位過低，說明汽包內(nèi)的水量較少，而當(dāng)負(fù)荷很大時，水的汽化速度加快，則汽包內(nèi)的水位變化速度亦隨之加快，如不及時調(diào)節(jié)，就會使汽包內(nèi)的水全部

32、汽化，導(dǎo)致爐管燒壞，甚至引起爆炸。因此，鍋爐汽包水位必須嚴(yán)加控制。隨著鍋爐容量增大和參數(shù)提高，汽包容積相對縮小，而鍋爐蒸發(fā)受熱面的熱負(fù)荷顯著提高，加快了負(fù)荷變化時的速度，因而對給水控制提出了更高的要求。3.1.2 爐膛壓力、溫度控制系統(tǒng)爐膛壓力是反應(yīng)燃燒工況穩(wěn)定與否的重要參數(shù)。爐內(nèi)燃燒工況一旦發(fā)生變化，爐膛壓力將迅速發(fā)生相應(yīng)的變化。當(dāng)鍋爐的燃燒系統(tǒng)發(fā)生故障時，最先將在爐膛壓力的變化上反應(yīng)出來，而后才是蒸汽參數(shù)的一系列變化。因此，監(jiān)視和控制爐膛壓力，對于保證爐內(nèi)燃燒工況的穩(wěn)定具有及其重要的意義。爐膛負(fù)壓過大，將會增加爐膛和煙道的漏風(fēng)，鍋爐在低負(fù)荷或燃燒工況不穩(wěn)的情況下運行時，便有可能由于漏入冷風(fēng)

33、而造成燃燒惡化，甚至發(fā)生鍋爐熄滅。反之，若爐膛壓力偏正，則爐膛內(nèi)的高溫火焰就有可能外噴，不但影響環(huán)境衛(wèi)生還將造成設(shè)備損壞或引起人身事故。運行中引起爐膛負(fù)壓波動的主要原因是燃燒工況的變化。為了使?fàn)t內(nèi)燃燒連續(xù)進行，必須不間斷的向爐膛供給燃料燃燒所需的空氣，并將燃燒后產(chǎn)生的煙氣及時排走。在燃燒產(chǎn)生煙氣及其排放的過程中，如果排出爐膛的煙氣量等于燃燒產(chǎn)生的煙氣量，則進、出爐膛的物質(zhì)保持平衡，此時爐膛負(fù)壓就相對保持不變。若上述平衡遭到破壞，則爐膛負(fù)壓就要發(fā)生變化。例如在引風(fēng)量未變時，增加送風(fēng)量，就會使?fàn)t膛出現(xiàn)正壓。運行中即使送、引風(fēng)量保持不變，由于燃燒工況總有小量的變化，故爐膛壓力總是波動的。當(dāng)燃燒不穩(wěn)時

34、，爐膛壓力將產(chǎn)生劇烈的波動，爐膛風(fēng)壓表相應(yīng)作大幅度的劇烈晃動。運行經(jīng)驗表明：當(dāng)爐膛壓力發(fā)生劇烈波動時，往往是熄火的預(yù)兆，這時必須加強監(jiān)視爐內(nèi)燃燒工況，分析原因，并及時進行調(diào)整和處理。爐膛壓力通常是通過改變引風(fēng)機的出力來調(diào)節(jié)的。3.2 鍋爐控制系統(tǒng)方案的確定3.2.1 汽包水位控制系統(tǒng)方案的確定汽包水位控制系統(tǒng)是由一臺變頻器控制兩臺補水泵（一用一備）組成的，在鍋爐汽包內(nèi)放入投入式液位變送器，液位變送器輸出的4-20mA電信號被智能光柱式顯示儀表接收后，實時顯示鍋爐汽包內(nèi)的液位高低，同時該儀表又將液位高度轉(zhuǎn)換成4-20mA電信號輸出給變頻器，變頻器接到輸入信號后，與給定值進行比較，如果高于給定值，

35、則表明此時的液位高于鍋爐給定液位，變頻器將減小輸出頻率，降低補水泵電機的轉(zhuǎn)速，減小給水量，使汽包內(nèi)的水位保持規(guī)定的范圍內(nèi)；當(dāng)變頻器接收到的電信號值低于給定值時，表明汽包內(nèi)的液位低于給定液位，變頻器將增加輸出頻率，提高補水泵電機的轉(zhuǎn)速，增加給水量，使汽包內(nèi)的水位迅速上升至規(guī)定的高度并保持在此范圍內(nèi)基本不變。圖3.1補水泵控制回路圖補水泵電氣控制回路如上圖所示，補水泵變頻柜得電后，此時轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1應(yīng)該撥到自動位置，補水泵采用變頻控制。變頻器輸出頻率緩慢增加，補水泵電機緩慢起動，當(dāng)汽包內(nèi)的液位基本保持在安全高度范圍內(nèi)時，補水泵變頻器輸出頻率就會以事先設(shè)定好的頻率運行。當(dāng)汽包內(nèi)的水位低于給定值時，變

36、頻器的輸出頻率增加，來提高水泵轉(zhuǎn)速，增加給水量，使液位迅速達到安全高度；當(dāng)汽包內(nèi)的液位高于安全范圍值時，變頻器輸出頻率下降，降低水泵轉(zhuǎn)速，減少給水量，使液位迅速下落至安全高度方位內(nèi)。當(dāng)自動控制回路出現(xiàn)故障時，變頻器故障繼電器常開觸點閉合，操作臺故障顯示燈閃爍，此時需將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至手動控制檔，按下起動按鈕SB1，補水泵進行工頻運行。補水泵變頻器的基本參數(shù)設(shè)置見第四章系統(tǒng)硬件設(shè)計，補水泵變頻器的參數(shù)F0.00頻率給定通道選擇4：多段速運行設(shè)定；F7.00多功能輸入端子S1功能選擇01：正轉(zhuǎn)運行；F7.01多功能輸入端子S2功能選擇10：頻率設(shè)定遞減；F7.02多功能輸入端子S3功能選擇09：頻率設(shè)

37、定遞增。補水泵電氣控制圖見附表。3.2.2 爐膛壓力、溫度控制系統(tǒng)方案的確定爐膛壓力控制系統(tǒng)也叫引風(fēng)控制系統(tǒng)，它的控制一般可通過控制引風(fēng)量來實現(xiàn)。當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化較小時，僅控制引風(fēng)量就能滿足；但是，當(dāng)爐膛負(fù)荷變化較大時，單單控制引風(fēng)量就很難控制，因負(fù)荷變化后，燃料量及送風(fēng)量均將變化，此時應(yīng)該綜合考慮，協(xié)調(diào)好各個量的控制。通常把爐膛負(fù)壓控制在-0.1MPa左右。爐膛內(nèi)裝的力變送器將測得的壓力信號反饋給控制引風(fēng)機電機的變頻器，當(dāng)反饋值高與給定值時，說明爐膛壓力變大，變頻器將提高輸出頻率，增加引風(fēng)機電機的轉(zhuǎn)速，提高引風(fēng)量，減小爐膛壓力；如果反饋值低于給定值時，說明爐膛壓力變小，變頻器將降低輸出頻率，降

38、低引風(fēng)機電機的轉(zhuǎn)速，降低引風(fēng)量，增加爐膛壓力。 爐膛溫度控制系統(tǒng)一般可通過控制燃料量和送風(fēng)量來實現(xiàn)，爐膛內(nèi)裝有熱電偶溫度傳感器，傳感器將測量的溫度值反饋給上煤機變頻器、爐排變頻器和鼓風(fēng)機變頻器與給定值比較，高于給定值，變頻器減小輸出頻率，上煤機電機轉(zhuǎn)速下降，爐排電機轉(zhuǎn)速下降，鼓風(fēng)機電機轉(zhuǎn)速也下降，從而減少燃料量和送風(fēng)量來降低爐膛溫度；當(dāng)反饋值低于給定值時，變頻器增加輸出頻率，上煤機電機轉(zhuǎn)速上升，爐排電機轉(zhuǎn)速上升，鼓風(fēng)機電機轉(zhuǎn)速也上升，從而增加燃料量和送風(fēng)量來提高爐膛溫度。爐膛溫度通常在1300左右。爐排、鼓風(fēng)機、引風(fēng)機、出渣機、上煤機的變頻器基本參數(shù)設(shè)置見第四章系統(tǒng)硬件設(shè)計，其中F0.00頻率

39、給定通道選擇5：PID控制設(shè)定，給定數(shù)值由鍵盤設(shè)定，反饋數(shù)值由模擬通道V2反饋。各部件電氣控制圖見附錄。圖3.2引風(fēng)機、鼓風(fēng)機控制回來圖圖3.2爐排、出渣機電氣控制回路圖引風(fēng)機、鼓風(fēng)機、爐排、出渣機電氣控制回路如上圖所示，當(dāng)系統(tǒng)設(shè)置為聯(lián)鎖控制時，只有先起動引風(fēng)機才能起動鼓風(fēng)機、爐排、出渣機，利用三個轉(zhuǎn)換開關(guān)來實現(xiàn)四臺電機的順序起動。操作臺上接有每臺電機的啟動和停止按鈕，接線端子如圖中虛線所示。在操作臺上便可以控制每臺電機的起停。第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1 變頻器簡介4.1.1 變頻器的分類變頻器是一種將固定頻率的交流電轉(zhuǎn)變成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電的裝置。變頻器的問世，對電機調(diào)速領(lǐng)域具有十分重要的

40、意義。變頻器的分類方法很多，下面簡單介紹幾種主要的分類方法。1. 按變換環(huán)節(jié)分（1） 交-交變頻器 把頻率固定的交流電源直接變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電源。其主要的優(yōu)點是沒有中間環(huán)節(jié)，故變換效率高，但其連續(xù)可調(diào)的頻率范圍窄，一般為額定頻率的1/2以下，故它主要用于容量較大的低速電力拖動系統(tǒng)中。（2） 交直交變頻器 先把頻率固定的交流電整流成直流電，再把直流電逆變成頻率連續(xù)可調(diào)的三項交流電。由于把直接電流逆變成交流電的環(huán)節(jié)較易控制，因此在頻率的調(diào)節(jié)范圍及改善變頻后電動機的特性等方面，都具有明顯的又是。目前迅速普及應(yīng)用的主要是這一種。2. 按照輸出電壓的調(diào)制方式分類（1） PAM（脈幅調(diào)制）變頻器輸

41、出電壓的大小通過改變直流電壓的大小來進行調(diào)制。在中小容量變頻器中，這種方式幾近絕跡。（2） PWM(每款調(diào)制) 變頻器輸出電壓的大小通過改變輸出脈沖的占空比來進行調(diào)制。目前普遍應(yīng)用的是占空比按正些波脈寬調(diào)制方式（SPWM）3. 按直流環(huán)節(jié)的儲能方式分（1） 電壓型變頻器：特點是中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件采用大電容，負(fù)載的無功功率將由它來緩沖，直流電壓比較平穩(wěn)，直流電源內(nèi)阻較小，相當(dāng)于電壓源，故稱為電壓型變頻器，常用于負(fù)載電壓變化較大的場合。（2） 電流型變頻器 ：特點是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作為儲能環(huán)節(jié)，緩沖無功功率，即扼制電流的變化，使電壓接近正弦波，由于該直流內(nèi)阻較大，故稱為電流源型變頻器（電

42、流型）。其優(yōu)點是能扼制負(fù)載電流頻繁而急劇的變化，常用于負(fù)載電流變化較大的場合，其主電路下圖所示圖4.1 電壓型變頻器主電路結(jié)構(gòu) 圖4.2電流型變頻器主電路結(jié)構(gòu)4. 按供電電壓不同分類可分為低壓變頻器（110V,220V,380V）,中壓變頻器（500V,660V,1140V）,高壓變頻器（3KV,3.3KV,6KV6.6KV 10KV）,三種。5. 按控制方式分類可分為U/F控制方式 轉(zhuǎn)差率控制方式 矢量控制方式 矢量轉(zhuǎn)矩控制方式和直接轉(zhuǎn)矩控制方式等。6. 按功能用途分類 （1）通用變頻器：通常指沒有特殊功能 要求不高的變頻器，由于分類的界限不是很分明，所以絕大多數(shù)變頻器都可以歸入這一類中。（

43、2） 風(fēng)機 水泵用變頻器：其主要特點是過載能力弱，具有閉環(huán)控制PID調(diào)節(jié)功能，并具有“一控多”的切換功能。（3） 高性能變頻器：通常指具有矢量控制，并能進行四象限運行的變頻器，主要用于對機械特性和動態(tài)響應(yīng)要求較高的場合。（4） 具有電源再生功能的變頻器：當(dāng)變頻器中直流母線上的再生電壓過高時，能將直流電源逆變成三相交流電反饋給電網(wǎng)，這種變頻器主要用于電動機長時間處于再生狀態(tài)的場合，如起重機械的吊鉤電動機等。（5） 其他專業(yè)變頻器：如電梯專業(yè)變頻器 紡織專業(yè)變頻器 張力控制專業(yè)變頻器 中頻變器等。4.1.2 變頻器的主要功能（1） 全范圍轉(zhuǎn)矩自動增強功能由于電動機繞組中阻抗的作用，采用U/F控制的

44、變頻器在電動機低速運行區(qū)域會出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩不足的情況。全范圍轉(zhuǎn)矩自動增強功能的變頻器在電機加減速和正常運行的所有區(qū)域中可以根據(jù)負(fù)載情況自動調(diào)節(jié)U/F值，對電動機的輸出轉(zhuǎn)矩進行補償。（2） 防失速功能變頻器的防失速功能包括加速過程的防失速功能 恒速過程的防失速功能和減速過程的防失速功能三種。加速和恒速過程防失速功能的基本作用是：當(dāng)電動機由于加速過快或負(fù)載過大等原因出現(xiàn)過電流現(xiàn)象時，變頻器將自動降低輸出頻率，以避免出現(xiàn)過電流使保護電路動作而停止工作。（3） 過載轉(zhuǎn)矩限定運行功能該功能的作用是對機械設(shè)備進行保護并保證運行的連續(xù)性。利用該功能可以對電動機的輸出轉(zhuǎn)矩極限進行設(shè)定，當(dāng)電動機輸出轉(zhuǎn)矩達到該設(shè)定值時

45、，變頻器停止工作并發(fā)出報警信號。（4） 運行狀態(tài)檢測顯示功能 該功能主要用于檢測變頻器的工作狀態(tài)并及時顯示。（5） 自動節(jié)能運行功能 該功能的作用是使變頻器能自動選擇工作參數(shù)，使電動機在滿足負(fù)載轉(zhuǎn)矩要求的情況下以最小電流運行。（6） 自動電壓調(diào)節(jié)功能當(dāng)電源電壓下降時，使用自動電壓調(diào)整功能可以維護電動機的高啟動轉(zhuǎn)矩。（7） 外部信號控制功能 變頻器通常都具有通過外部信號控制變頻器的啟/停的功能。（8） 直流制動功能 當(dāng)需要電動機減速 或停止時，可以采用直流制動。其基本原理是：通過逆變器的開關(guān)器件由變頻器的直流側(cè)電源在電動機的繞組上施加脈沖直流電流，由于繞組的電感作用，在電動機的定子繞組內(nèi)流過直流

46、電，從而產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。(9) 頻率給定功能 變頻器常見的頻率給定方式主要有：操作面板給定 外接信號給定 模擬信號給定和通信方式給定等。(10) 基本頻率和最高頻率 電動機的額定頻率稱為變頻器的基本頻率。當(dāng)頻率給定信號為最大時，變頻器的給定頻率成為最高頻率。(11) 上限頻率和下限頻率 上限頻率與下限頻率是調(diào)速系統(tǒng)所要的變頻器工作范圍，根據(jù)調(diào)速系統(tǒng)的工作需要進行設(shè)定。(12) 點動頻率 生產(chǎn)機械在調(diào)試的過程中，以及每次新的加工過程開始前，常需要進行點動控制。變頻器可根據(jù)生產(chǎn)機械的特點和要求，預(yù)先一次性的設(shè)定一個點動頻率，每次點動時都在該頻率下運行，而不必變動已經(jīng)設(shè)定好的給定頻率。(13) 加速時

47、間的設(shè)定 異步電動機在額定頻率和電壓下直接啟動時，啟動電流很大。使用變頻器后，由于其輸出頻率可以從很低時開始，頻率上升的快慢可以任意設(shè)定，從而可以有效地將啟動電流限制在一定范圍內(nèi)。 從減小電動機啟動電流的角度來說，加速時間設(shè)定得長一些，但若加速時間過長會影響系統(tǒng)的效率。(14) 減速時間的設(shè)定 變頻器減速時間有倆種：一種是工作頻率從基本頻率降到0Hz所需的時間；另一種是工作頻率從最高頻率降低到0Hz所需的時間。所有變頻器中，減速時間的設(shè)定范圍和升速時間相同。4.1.3 變頻器的基本構(gòu)成 如下圖所示為通用變頻器控制原理框圖，它通常由主電路和控制回路倆部分組成。圖4.3通用變頻器控制原理框圖1 主

48、電路部分： 變頻器主電路給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源，它是變頻器電力變換部分，圖 所示為典型的電壓逆變器電路。其主電路由三部分組成：將工頻電源變換成直流功率的”整流器“，吸收在整流和逆變時產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。另外，若異步電動機需要制動時，附加“制動回路”。（1） 整流器。在中小容量的變頻器中，整流器一般由不可控的整流而二極管構(gòu)成全波整流橋，把工頻電源變換成直流電源，也可用兩組晶閘管變流器構(gòu)成可逆變流器。（2） 平波電路。整流器輸出的直流電壓是含有電源6倍頻率的脈動直流電壓，必須加以濾波。為了抑制電壓波動，采用電感和電容來吸收脈動電壓（電流）。

49、（3） 逆變器。逆變器是變頻器的核心部件之一，它的基本作用是在控制回路的作用下將平波回路輸出的直流電變成頻率 電壓可調(diào)的交流電源。（4） 制動回路。在電動機減速過程中，逆變器輸出的交流電頻率下降，由于慣性原因，異步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速會短時間高于同步轉(zhuǎn)速，處于再生制動狀態(tài)，它會產(chǎn)生電動勢通過逆變電路對濾波電容反向充電，使電容兩端電壓升高，達到危險的地步。通常變頻器用可逆變流器向電源反饋或設(shè)置制動回路把再生功率消耗掉，以免直流電路電壓上升。2 控制回路部分 變頻器的控制回路主要是向主電路提供控制信號，其主要任務(wù)是完成對逆變器開關(guān)器件的開關(guān)控制和提供多種保護功能?？刂品绞接心M控制和數(shù)字控制兩種。通用

50、變頻器控制回路主要由主控板 鍵盤與顯示板 電源板與驅(qū)動板 外接控制電路等構(gòu)成。1） 主控板 主控板是變頻器運行的控制中心，其核心器件是控制器或數(shù)字信號處理器，其主要功能如下：（1） 接受并處理從鍵盤 外部控制電路輸入的各種信號，如修改參數(shù) 正/反轉(zhuǎn)指令等。（2） 接受并處理內(nèi)部的各種采樣信號，如主電路中電壓與電流的采樣信號 各部分溫度的采用信號等。（3） 向外電路發(fā)出控制信號及顯示信號，如正常運行信號 頻率到達信號等；檢測主電路的電壓 電流等，一旦發(fā)現(xiàn)過載或者過電壓等異常情況，立刻發(fā)出保護指令進行保護或停車，并輸出故障信號。2） 鍵盤與顯示板 鍵盤與顯示板總是組合在一起，鍵盤向主控制板發(fā)出各種

51、信號或指令，主要用于向變頻器發(fā)出運行控制指令或修改運行數(shù)據(jù)等。3） 電源板與驅(qū)動板變頻器的內(nèi)部電源普遍使用開關(guān)穩(wěn)壓電源，具有體積小效率高等優(yōu)點。電源輸入為變頻器主回路直流母線電壓或?qū)⒔涣?80V整流。通過脈沖變壓器的隔離變換和變壓器副邊的整流濾波可得到多路輸出直流電壓。它主要提供如下直流電源。（1） 主控板電源：具有極好穩(wěn)定性和抗干擾能力的一組直流電源。（2） 驅(qū)動電源：逆變電路中上橋壁的三只逆變驅(qū)動電路的電源是相互隔離的三組嘟嚕電源，下橋壁三只逆變管驅(qū)動電源則可共地，但驅(qū)動電源與主控板電源必須可靠接地。（3） 外控電源：為變頻器外電路提供的穩(wěn)恒直流電源。4） 外接控制回路外接控制回路可實現(xiàn)由

52、電位器 主令電器 繼電器及其他自控設(shè)備對變頻器的運行控制，并輸出其運行狀態(tài) 故障報警 運行數(shù)據(jù)信號等。它一般包括：外部給定電路 外接輸入控制電路 外接輸出電路 報警輸出電路等。4.1.4 變頻器的工作原理圖 1交-直-交變頻器交-直-交電壓型變頻器是通用變頻器的主要形式。圖2-3所示為電壓型交-直-交變頻器主電路的基本結(jié)構(gòu)。圖4.4電壓型交-直-交變頻器主電路的基本結(jié)構(gòu)1）交-直部分（1）整流電路。整流電路由VD1VD6組成三相不可控整流橋，它們將電源的三相交流全波整流成直流。整流電路因變頻器輸出功率大小不同而異。小功率的變頻器，其輸入電源多用單相220V，整流電路為單相全波整流橋；功率較大的

53、變頻器則一般用三相380V電源，整流電路為三相橋式全波整流電路。設(shè)電源的線電壓為UL，那么三相全波整流后平均直流電壓UD=1.35UL=1.35380V=513V。（2）濾波電容器CF。整流電路輸出的整流電壓是脈動的直流電壓，必須加以濾波。濾波電容CF的作用是：除了濾除整流后的電壓紋波外，還在整流電路與逆變器之間起去耦作用，以消除相互干擾，這就給作為感性負(fù)載的電動機提供必要的無功功率。因而，中間直流電路電容器的電容量必須較大，起到儲能作用，所以中間直流電路的電容器又稱儲能電容器。（3）限流電阻RL與開關(guān)SL。由于儲能電容大，同時在接入電源時電容器兩端的電壓為零，故當(dāng)變頻器剛合上電源的瞬間，濾波

54、電容器CF的充電電流是很大的。過大的沖擊電流將可能使三相整流橋的二極管損壞。為了保護整流橋，在變頻器剛接通電源后的一段時間里，電路內(nèi)串入限流電阻，其作用是將電容器CF的充電電流限制到允許的范圍以內(nèi)。開關(guān)SL的功能是：當(dāng)CF充電到一定程度后令SL接通，將RL短路掉。（4）電源指示燈HL。HL除了表示電源是否接通以外，還有一個十分重要的功能，即在變頻器切斷電源后顯示濾波電容器CF上的電荷是否已經(jīng)釋放完畢。由于CF的容量較大，而切斷電源又必須在逆變電路停止工作的狀態(tài)下進行，所以CF沒有快速放電的回路，其放電時間往往長達數(shù)分鐘。又由于CF上的電壓較高，如電荷不放完，在維修變頻器時將對人身安全構(gòu)成威脅，

55、所以HL完全熄滅后才能接觸變頻器內(nèi)部的導(dǎo)電部分。2）直-交部分（1）逆變管V1V6。V1V6組成逆變橋，把VD1VD6整流后的直流電再“逆變”成頻率、幅值都可調(diào)的交流電。這是變頻器實現(xiàn)變頻的執(zhí)行環(huán)節(jié)，因而是變頻器的核心部分。當(dāng)前常用的逆變管有絕緣柵雙極晶體管（IGBT）、大功率晶體管（GTR）、可關(guān)斷晶閘管（GTO）及功率場效應(yīng)晶體管（MOSFET）等。（2）續(xù)流二極管VD7VD12。續(xù)流二極管VD7VD12的主要功能有：電動機的繞組是感性的，其電流具有無功分量，VD7VD12為無功電流返回直流電源提供“通道”。當(dāng)頻率下降、電動機處于再生制動狀態(tài)時，再生電流將通過VD7VD12返回直流電路。V

56、1V6進行逆變的基本工作過程：同一橋臂的兩個逆變管處于不停的交替導(dǎo)通和截止的狀態(tài)，在這交替導(dǎo)通和截止的換相過程中，也不時地需要VD7VD12提供通路。（3）緩沖電路。在不同型號的變頻器中，緩沖電路的結(jié)構(gòu)也不盡相同。圖2-3所示是比較典型的一種，其功能如下所示。逆變管V1V6每次有導(dǎo)通狀態(tài)切換成截止?fàn)顟B(tài)的關(guān)斷瞬間，集電極（C極）和發(fā)射極（E極）間的電壓UCE將極為迅速地由近乎0V上升至直流電壓值UD。這過高的電壓增長率將導(dǎo)致逆變管的損壞，因此，C01C06的功能便是降低V1V6在每次關(guān)斷時的電壓增長率。V1V6每次有截止?fàn)顟B(tài)切換成導(dǎo)通狀態(tài)的接通瞬間，C01C06上所充的電壓（等于UD）將向V1V

57、6放電。此放電電流的初始值將是很大的，并且將疊加到負(fù)載電流上，導(dǎo)致V1V6的損壞。因此，R01R06的功能是限制逆變管在接通瞬間C01C06的放電電流。R01R06的接入又會影響C01C06在V1V6關(guān)斷時降低電壓增長率的效果。VD01VD06接入后，在V1V6的關(guān)斷過程中使R01R06不起作用；而在V1V6的接通過程中，又迫使C01C06的放電電流流經(jīng)R01R06。3）制動電阻和制動單元（1）制動電阻RB。電動機在工作頻率下降過程中，異步電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速將超過此時的同步轉(zhuǎn)速處于再生制動狀態(tài)，拖動系統(tǒng)的動能要反饋的直流電路中，使直流電壓UD不斷上升，甚至可能達到危險的地步。因此，必須將再生到直流電路的能量消耗掉，使UD保持在允許范圍內(nèi)，制