如何實現和控制大型鍋爐電機的變頻驅動器（V

2020-07-16 09:23

出于充分的原因，變頻驅動器（VFD）在行業中已變得無處不在：

•  比閥門或阻尼器更準確，可重復，并且沒有滯后現象。這樣可以更緊密地調整控件。
• 更有效率。功率與流量乘以壓力成正比；降低泵或風扇的速度并打開閥或阻尼器意味著可以在較小的Δ壓力下實現相同的流量。節省的費用可觀–通常不到全速電機功率的一半。
• 減少  過大的壓降對管道，管道，閥門和風門的磨損。
• 減少  啟動過程中旋轉零件的應力（延長使用壽命并降低維護成本）。
• 在啟動過程中吸收較低的安培數，從而減少峰值負載和開關設備上的電壓驟降。
•  無需附加儀器即可獲得有關電動機的更多運行數據。
• 可能會過快  （60 Hz以上）以增加尺寸過小的設備的容量。

 
中壓  VFD  機柜

VFD泵

通過 在VFD上運行鍋爐給水（BFW）泵，  鍋爐可以大大受益  。當以恒定速度運行時，  BFW 泵會迫使  BFW 閥將大范圍的壓力從  BFW排放降低到鼓壓力。除了導致BFW 閥過度磨損外  ，  這還會使鼓液位控制更加困難。
VFD BFW 泵應使用以下控制方案：
1.   計算該組BFW泵提供的所有鍋爐的MAX汽包壓力  。
2.   在該MAX鼓壓力上增加一個恒定壓力（通常為50-150 PSI）。
3.   對該BFW 排放壓力設定點應用一個平滑過濾器  。
4.    以  BFW 排放壓力（在  BFW 排放管路匯合之間，但在任何 BFW 閥門上游 或分支到那些閥門的位置之間）為 過程變量（PV）的PID回路，以平滑和偏置的汽包壓力作為設定值。 
5.   將PID回路的輸出發送給所有  BFW 泵作為速度參考。
6.   如果沒有  BFW 泵運行，則將PID回路輸出保持在MIN速度。
7.   某些系統受益于根據運行泵的數量使用前饋輸入，因此當泵啟動或停止時它會跳轉。例如，無泵或一臺泵在運行時可能為15 Hz，兩臺泵在運行時可能為6 Hz，三臺泵在運行時為0 Hz。在開始或停止之后，應調整該值以MAX程度減少  BFW 壓力破壞。示例值將在第二臺泵啟動時將泵速降低9 Hz（從原來的位置降低），而在第三臺泵啟動時將降低6 Hz。
這樣，BFW 閥兩端的壓降會更加一致  ，從而在閥位和BFW 流量之間形成更一致且線性的關系  。
警告：多臺泵
如果  多個泵  一起運行到同一個排放集管中，則它們應全部匹配并以相同的速度運行。唯一的例外是它們對每個泵都有獨立的流量測量和控制。如果匹配的  BFW  泵以不同的速度運行，則有可能將所有流量轉移到一個泵上，從而使較慢的泵旋轉，但不會產生足夠的壓力來打開其止回閥。然后它將迅速過熱并破壞其密封。

VFD風機

鍋爐具有大而有力的風扇-較小的機組可能只有  強制通風（FD）風機；較大的單元將添加  引風機（ID）風扇，輔助空氣風機，超速空氣風機，分配空氣風機等…對于諸如分配空氣之類的風機，不需要太多調節（所需氣流始終為40％-100）通過將電動機連接到VFD可以代替用于調節流量/壓力的傳統調節入口風門  。
 
引風機

VFD和入口阻尼器一起工作

但是，大多數風扇需要調低太多才能消除入口風門。一個  ID風扇  必須提請其容量的一小部分，當第一次開始（之前的  FD風扇  啟動），以避免在爐拉風太大了。一個  FD風扇  可能需要在低負荷和/或當最初點燃爐提供非常低的流動。對于這些應用，應保留調節入口風門。
進氣風門的關閉速度也要比VFD 減速快  。與減震器和VFD 相比，減振器的控制響應更快  。
大多數可能的控制方案要么效果不佳，要么過于復雜。大多數VFD +阻尼器應用的理想方案  是：

• 一個PID回路。所述  PV  可能是一個中值壓力爐草案  ID風扇，管道壓力或  FD流  為一個  FD風扇等...
• 創建兩個分段特性表（PWCT曲線）：一個為風扇速度參考，另一個為風門位置。PID回路的輸出將是這些曲線的輸入。
• 在調試過程中，調整曲線，使空氣/煙道氣流量大致與％PID輸出呈線性關系。在響應能力和效率之間需要權衡取舍。

·         不需要太多響應的風扇（例如  FD風扇  或二次空氣）可以使PID控制輸出范圍的下半部分保持MIN速度，其阻尼曲線在中點附近達到100％，然后使用風扇速度調節上半部分PID輸出范圍的MAX值（中間有些重疊是必要的）。
·         但是，需要響應的循環（例如  ID風扇）應使兩條曲線在整個范圍內穩定增加。

VFD /旁路選擇

如果與風門（或閥門）配合使用的  VFD 具有“跨線”旁路選項，則在旁路/全速模式（旁路模式或強制VFD 運行）下，風門應有第三條PWCT曲線  全速時應觸發該曲線）。調整完其他曲線后，以旁路運行風扇（或將  VFD 速度強制設為MAX）并調整旁路曲線，以使PID輸出每增加10％就會產生與自動速度控制大致相同的流量。這意味著與使用較慢的風扇相比，每個輸出端的風門更閉合。

MIN速度

VFD 具有MIN速度，幾乎應始終將其設置為遠高于零?？赡芴岣進IN速度的因素包括：

• 巴比特軸承中的  滑環必須旋轉得足夠快，以便在需要的地方吊裝潤滑油。這可能高達20 Hz。對于滾動軸承或泵送潤滑劑的巴氏軸承，這不是一個因素。同時考慮電動機和負載軸承。
• 大多數電動機是通過  安裝在軸上的集成風扇進行冷卻的。電動機必須足夠快地運行以建立MIN的冷卻空氣流量。對于風扇而言，這可能會相當慢，因為慢速運行時它們的負載（和安培）極小，從而降低了發熱量–對于這些應用，6 Hz通常是一個很好的MIN值。但是，在低速時具有高扭矩的電動機可能需要更高的MIN值以進行冷卻。除非其他因素提高了極限，否則設計為不帶冷卻風扇運行的密封電動機以及帶有單獨的冷卻風扇恒速電動機的電動機可能一直運行至零速。
• 泵在運行時需要移動液體。如果有流量計或開關以低流量使泵跳閘，則不需要MIN速度；但是，如果沒有，則應設置MIN速度以確保有一定流量通過泵。排入高壓集管的泵可能需要非常高的MIN速度，有時甚至超過50 Hz。

MIN速度應在控制器邏輯和  VFD 配置中設置。

VFD級電機

VFD 產生的輸出近似于正弦波，但由離散的步長組成。正弦波中的那些“缺陷”會在電動機中感應出額外的電流，并導致產生的熱量略多于線路上產生的熱量。由VFD驅動的電動機  必須設計成能夠處理額外的電流和熱量。幾乎所有現代電動機都是為VFD設計的  ，但如果要改裝舊系統，請確保電動機已正確定額。他們可能需要更換或降額。

超速

VFD 可以配置為使電動機超速運行（運行速度超過60 Hz）。對于尺寸過小的設備，這可能是解決方案。超速之前有很多注意事項，包括：

• 電機，變速箱和負載軸承必須能夠承受更高的速度。有時，銘牌（例如上面顯示的銘牌，在設計為超過120 Hz的電動機上）有時會顯示60 Hz以上的MAX速度。但是大多數標準電動機僅列出了50和/或60 Hz的極限-在這種情況下，可能需要制造商的進一步信息。
• 每個旋轉設備都將承受來自角慣性的更高應力。
• 仍然不允許電動機的安培數超過  滿載安培（FLA）  穩態。
• 過度使用時，風扇和水泵可能會降低效率。

VFD速度參考單位

許多系統已配置為以百分比為單位的  VFD 速度參考和反饋。我不喜歡使用％，因為它與VFD 顯示不匹配  （通常以Hz為單位），并且模棱兩可（MAX電動機速度的％與系統容量的％不匹配）。同樣，RPM模棱兩可–是變速箱和皮帶輪之后的電動機還是從動組件的RPM？
我更喜歡以Hz 為單位的  VFD 速度，因此不會產生歧義，并且可以將HMI上的值直接與VFD 顯示屏上的值進行比較  。

摘要

在VFD上運行較大的電動機（例如風機和BFW 泵）時，需要特別注意。經過適當的設計和控制，VFD 可以提高鍋爐的效率，性能，調整和維護成本。