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中图分类号：TM621.2文献标识码：A摘要：变频器是应用现代电力电子技术与微电子技术，通过改变电机工作电源的频率和电压来控制交流电动机的电力传动元件。变频器的功能在于利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流电机的软启动、变频调速、提高运转精度、改善功率因数、过流、过压、过载保护等功能。本文就变频器在锅炉自动化控制中的应用进行探讨。
关键词：变频器；锅炉自动化 ；应用一、变频器控制原理
可编程控制器(PLC ——Programmable logic Controller) 是该系统的核心控 制器件，具有节约成本、功耗低、体积小及重量轻等特点。P LC控制是一种安全、高效的控制方式，具有控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易与计算机接口及维修方便等诸多高品质性能。上位机采用了WIN CC智能化运 行软件，更好地实现了人机对话，具有操作管理、输出控制、参数实时修改、历史数据保存、显示报表生成与打印等多种功能。
该系统采用现场总线及工业以太网技术、西门子S7—300系列P LC控制元器件和产品，采用分散控制、集中管理、综合监控的模式，实现锅炉最优化控制及 锅炉耗能管理自动化，监控系统结构清晰，网络层次分明。
变频器是该系统的另一关键器件，变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。其基本原理是根据电机转速与工作 电源输入频率成正比的关系：
N=60 f (1- s) /p
式中n、f、s、 p—— 分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数。
通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。在节能的同时，变 频器对电机进行节能调速的同时还具备电机保护功能，可以针对电机过流、缺相、过热等故障进行报警和保护，大幅延长了电机的使用寿命，减少了其维护费用。变频器还具备软启动功能，这将减少电机启动时对电网的冲击，提高了用电质量 。
锅炉安全运行的重要参数采用PID控制。运用PID控制规律对许多工业过程进行控制时，均可得到满意的结果。PID调节器既能消除静差，改善系统的静态特性，又可加快过渡过程，提高系统的稳定性，改善系统的动态特性，是一种比较完善的调节规律。
二、锅炉系统存在的问题
锅炉系统的组成可用图1所示的锅炉系统框图来表示，图1中所示的锅炉系统框图，鼓风机、引风机的驱动电机功率都是75 kW，均采用传统的自耦变压器启动：鼓、引风的风量通过操作器调节风门大小来实现。炉排驱动电机功率为3kW，采用滑差离合器调速；给水水泵电机功率为37 kW，由于启动负荷低，可以直接启动，水量采用调节阀门控制。
图1锅炉系统框图
在用汽高峰时段，锅炉需要满负荷运行，鼓、引风机的额定风量得到充分利用，锅炉炉排及减速机根据需要以较快的速度运转，锅炉给水泵也在额定负荷状态下供水，这时，锅炉的运行效率最高，生产单位蒸汽的用电量最低；在用汽量比较平稳时，锅炉达不到满负荷运行，鼓、引风机的额定风量只要—部分得到利用，锅炉炉排及减速机运转速度较慢，锅炉给水泵的额定负荷得不到充分发挥，这时，锅炉的运行效率就会降低，生产单位蒸汽的用电量就会提高；当用汽量较小时，锅炉的运行负荷较低，鼓、引风机的额定风量只有一小部分被利用，锅炉炉排及减速机运转速度很慢，锅炉给水泵的额定负荷大部分被浪费，这时，锅炉的运行效率最低，生产单位蒸汽的用电量最高。
在锅炉负荷较小时，鼓、引风机的额定风量除一部分被利用外，其他部分的风量都被调节风门挡板挡在外面：水泵供应的水量大部分被阀门截流，这是造成锅炉运行效率低、生产单位蒸汽的用电量高的真正原因。
三、变频器在锅炉调速控制系统各个环节上的应用
（一）鼓风机、引风机控制
鼓风机、引风机采用变频控制，这是锅炉系统中变频应用的重头戏。即是节电最显著的部分，同时也是变频投资最大的部分。这主要是由于鼓、引风机凋节的幅度相对也较大。变频器在工业锅炉调速控制系统中，主要应用于鼓风机、引风机、供水系统及除渣系统。其最主要的目的在于节约能源。采用变频调速方法节能的原理，是基于流量、压力、转速、转矩之间的关系。这些关系如公式：P2(n2/n1)3P1 =0.512P 1即可降低能耗近 50%。对于鼓、引风机的风量裕度问题，可以适当提高变频器的输出频率(大于50H z)，即提高转速运行，以保证锅炉系统有足够的风量。否则，极易造成原来系统大负荷时风量够用(但裕度小)，变频改造后，大负荷时风量不够的尴尬局面。其原因在于变频本身也消耗一部分功率，其输出功率比标称功率略小。
（二）炉排变频控制
炉排电动机很小，而采用变频器控制的主要目的是稳定运行，当然，节电效果也很大，只是绝对数值占的比重很小。
（三）恒压供水
在锅炉供水系统中采用变频控制，既能大量节约能源，又能稳定供水系统的压力，保障锅炉系统的安全运行，是非常有实际意义的，并且供水系统的电动机相对鼓、引风机而言容量较小，投资不大。因此，非常值得推广采用。
四、变频器在工业锅炉应用中的优点
（一）实现了自动控制
揭开了锅炉运行自动化的新篇章，使难以控制的燃烧过程实现了自动化，减少劳动强度。在网络化日益普及的今天，与普通的点对点硬线连接方式相比，通过高速通讯连接的变频器系统更加高效、自动化。
（二）降低电力线路电压波动
在电机工频启动时，电流剧增的同时，电压也会大幅度波动，电压下降的幅度将取决于启动电机的功率大小和所配电网的容量。电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常，如传感器、接近开关和接触器等均
可能会出现误动作。而采用变频调速后，由于能在零频零压时逐步启动，则能最大程度地消除电压下降。
（三）可对风机的风量作平滑的无级调速
风机工作在最佳工作点，工况曲线更符合系统，提高风机效率，避免了“喘振”现象。稳定了炉膛压力，满足工作环境的要求。
（四）低速运行可以减少磨损，降低噪音
有利于延长电机和风机的使用寿命。
（五）节能效果显著
由于最终的能耗是与电机的转速立方成正比，所以采用变频后，大大地节约了电能，投资回报快，用户也愿意接受。
五、结语
计算机控制系统改造锅炉，能充分利用变频器调速范围宽、调速精度高、保护功能完善、运行稳定可靠、节能效果显著的优点，还能通过自动化控制技术实现安全生产，既节煤、节电，又安全、环保，具有良好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1] 少瑜.变频器调速应用中存在的问题及对策叨.汕头科技，2005(4).
[2] 焦红现，郭章庆，牛志广.变频器在电机速度控制中的应用叨.国内外机电一体化技术，2005(4).
关键词：变频器；锅炉自动化 ；应用一、变频器控制原理
可编程控制器(PLC ——Programmable logic Controller) 是该系统的核心控 制器件，具有节约成本、功耗低、体积小及重量轻等特点。P LC控制是一种安全、高效的控制方式，具有控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易与计算机接口及维修方便等诸多高品质性能。上位机采用了WIN CC智能化运 行软件，更好地实现了人机对话，具有操作管理、输出控制、参数实时修改、历史数据保存、显示报表生成与打印等多种功能。
该系统采用现场总线及工业以太网技术、西门子S7—300系列P LC控制元器件和产品，采用分散控制、集中管理、综合监控的模式，实现锅炉最优化控制及 锅炉耗能管理自动化，监控系统结构清晰，网络层次分明。
变频器是该系统的另一关键器件，变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。其基本原理是根据电机转速与工作 电源输入频率成正比的关系：
N=60 f (1- s) /p
式中n、f、s、 p—— 分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数。
通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。在节能的同时，变 频器对电机进行节能调速的同时还具备电机保护功能，可以针对电机过流、缺相、过热等故障进行报警和保护，大幅延长了电机的使用寿命，减少了其维护费用。变频器还具备软启动功能，这将减少电机启动时对电网的冲击，提高了用电质量 。
锅炉安全运行的重要参数采用PID控制。运用PID控制规律对许多工业过程进行控制时，均可得到满意的结果。PID调节器既能消除静差，改善系统的静态特性，又可加快过渡过程，提高系统的稳定性，改善系统的动态特性，是一种比较完善的调节规律。
二、锅炉系统存在的问题
锅炉系统的组成可用图1所示的锅炉系统框图来表示，图1中所示的锅炉系统框图，鼓风机、引风机的驱动电机功率都是75 kW，均采用传统的自耦变压器启动：鼓、引风的风量通过操作器调节风门大小来实现。炉排驱动电机功率为3kW，采用滑差离合器调速；给水水泵电机功率为37 kW，由于启动负荷低，可以直接启动，水量采用调节阀门控制。
图1锅炉系统框图
在用汽高峰时段，锅炉需要满负荷运行，鼓、引风机的额定风量得到充分利用，锅炉炉排及减速机根据需要以较快的速度运转，锅炉给水泵也在额定负荷状态下供水，这时，锅炉的运行效率最高，生产单位蒸汽的用电量最低；在用汽量比较平稳时，锅炉达不到满负荷运行，鼓、引风机的额定风量只要—部分得到利用，锅炉炉排及减速机运转速度较慢，锅炉给水泵的额定负荷得不到充分发挥，这时，锅炉的运行效率就会降低，生产单位蒸汽的用电量就会提高；当用汽量较小时，锅炉的运行负荷较低，鼓、引风机的额定风量只有一小部分被利用，锅炉炉排及减速机运转速度很慢，锅炉给水泵的额定负荷大部分被浪费，这时，锅炉的运行效率最低，生产单位蒸汽的用电量最高。
在锅炉负荷较小时，鼓、引风机的额定风量除一部分被利用外，其他部分的风量都被调节风门挡板挡在外面：水泵供应的水量大部分被阀门截流，这是造成锅炉运行效率低、生产单位蒸汽的用电量高的真正原因。
三、变频器在锅炉调速控制系统各个环节上的应用
（一）鼓风机、引风机控制
鼓风机、引风机采用变频控制，这是锅炉系统中变频应用的重头戏。即是节电最显著的部分，同时也是变频投资最大的部分。这主要是由于鼓、引风机凋节的幅度相对也较大。变频器在工业锅炉调速控制系统中，主要应用于鼓风机、引风机、供水系统及除渣系统。其最主要的目的在于节约能源。采用变频调速方法节能的原理，是基于流量、压力、转速、转矩之间的关系。这些关系如公式：P2(n2/n1)3P1 =0.512P 1即可降低能耗近 50%。对于鼓、引风机的风量裕度问题，可以适当提高变频器的输出频率(大于50H z)，即提高转速运行，以保证锅炉系统有足够的风量。否则，极易造成原来系统大负荷时风量够用(但裕度小)，变频改造后，大负荷时风量不够的尴尬局面。其原因在于变频本身也消耗一部分功率，其输出功率比标称功率略小。
（二）炉排变频控制
炉排电动机很小，而采用变频器控制的主要目的是稳定运行，当然，节电效果也很大，只是绝对数值占的比重很小。
（三）恒压供水
在锅炉供水系统中采用变频控制，既能大量节约能源，又能稳定供水系统的压力，保障锅炉系统的安全运行，是非常有实际意义的，并且供水系统的电动机相对鼓、引风机而言容量较小，投资不大。因此，非常值得推广采用。
四、变频器在工业锅炉应用中的优点
（一）实现了自动控制
揭开了锅炉运行自动化的新篇章，使难以控制的燃烧过程实现了自动化，减少劳动强度。在网络化日益普及的今天，与普通的点对点硬线连接方式相比，通过高速通讯连接的变频器系统更加高效、自动化。
（二）降低电力线路电压波动
在电机工频启动时，电流剧增的同时，电压也会大幅度波动，电压下降的幅度将取决于启动电机的功率大小和所配电网的容量。电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常，如传感器、接近开关和接触器等均
可能会出现误动作。而采用变频调速后，由于能在零频零压时逐步启动，则能最大程度地消除电压下降。
（三）可对风机的风量作平滑的无级调速
风机工作在最佳工作点，工况曲线更符合系统，提高风机效率，避免了“喘振”现象。稳定了炉膛压力，满足工作环境的要求。
（四）低速运行可以减少磨损，降低噪音
有利于延长电机和风机的使用寿命。
（五）节能效果显著
由于最终的能耗是与电机的转速立方成正比，所以采用变频后，大大地节约了电能，投资回报快，用户也愿意接受。
五、结语
计算机控制系统改造锅炉，能充分利用变频器调速范围宽、调速精度高、保护功能完善、运行稳定可靠、节能效果显著的优点，还能通过自动化控制技术实现安全生产，既节煤、节电，又安全、环保，具有良好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1] 少瑜.变频器调速应用中存在的问题及对策叨.汕头科技，2005(4).
[2] 焦红现，郭章庆，牛志广.变频器在电机速度控制中的应用叨.国内外机电一体化技术，2005(4).