富凌BD330变频器在锅炉供暖系统中的应用

引言

       在北方，锅炉供暖关系到千家万户的日常工作和生活，尤其大片集中供热系统中，对恒压恒温控制及可靠性要求较高。传统的锅炉水位控制系统中，给水泵是连续恒速运行的，并且流量的控制是通过调节水管道中调节阀和回流支路实现的，这两种方法都存在明显的缺陷。采用调节阀调节时由于阀门的开度的减小，水泵出口的压力会上升，阀门两边的压差会增大，当增大到很大时不但会造成能量的浪费，而且使该水泵的振动和磨损加大，进而寿命缩短。采用回流支路调整时，大量的水回流也会造成能量的浪费。

系统要求

◆ 有三台锅炉控制及循环、补水系统

◆ 每台锅炉有鼓风，引风系统，基本要求为恒压控制，部分要求为恒压、恒温控制

◆ 要求全自动及部分单台控制

◆ 要求能部分检修及部分系统不间断工作

◆ 有调度室集中监控系统

系统方案

l 系统图如下

◆ 变频器：BD330系列变频器8台，功率从22kW到200kW

◆ PLC：选用SPB30点PLC，由于西门子人机界面有强大处理功能，大部分功能可通过触摸屏来实现

◆ 人机界面：西门子人机界面，可实现数据处理运算，相关数学模型建立在人机界面内部的丰富处理指令

◆ 低压电器主要用于保护和切换，由手动和PLC控制执行，空气开关选用EA系列，接触器选用SC-E系列

◆ 温控器选用富士PXR4TE系列，带Modbus通讯

l 变频器的工作状态

       变频器通过与外部电路相连的输入输出端子设置，有手动和自动两种状态，手动工作状态由电位器调节来给定频率，自动工作状态由PLC的输出信号进行控制。

       在实际应用中，该系统自动化程度高，显示直观，节电效果明显，延长设备寿命。

l 结论

       本系统充分利用西门子人机界面的强大集成功能，将PLC、变频器、温控器上位机有机联合在一齐，做到数据共享，控制一体化。

锅炉变频调速的鼓引风控制系统

l 引言

       在整套供暖系统中，锅炉的鼓引风机的风量也是经常变动的，由于气量变化是经常的，所以风量就需要经常调节，在老系统中是通过调节阀门来改变风量，锅炉离阀门较远，调节起来很不方便，也调节的不得当。风量调节过大，空气含氧量超标，浪费热能，风量调节过小煤渣残留碳粉超标又浪费煤，因此提高控制水平，保证空气含氧量和煤残留的碳粉达标，必须对风量进行有效的调节，调节方式必须方便，灵敏、可靠。

       为了提高锅炉风量的控制水平，又能达到节能的效果，采用变频调速控制方式对风量进行调节是首选方案。应用变频调速技术，可根据用气量的变化随时调整鼓引风机的转速，减少噪音对环境的污染、减少能源的浪费、延长设备的寿命、节约维修费用。

l 风机调速原理

◆ 风机是一种平方转矩负载，其基本参数有：

      ① 风量Q：单位时间内流过风机的空气量

      ② 风压H：当空气流过风机时，风机给予每立方米空气的总能量称为风机的全压Ht(Pa)，其由静压Hd和动压Hg组成，即Ht=Hd+Hg

      ③ 功率P：风机工作有效的总功率，Pt=QHt

      ④ 效率η：风机空气功率除以风机轴功率

◆ 风机特性曲线

      H-Q曲线：当转速恒定时，风压与风量间的关系特性

      P-Q曲线：当转速恒定时，功率与风量间的关系特性

      η-Q曲线：当转速恒定时，风机的效率特性

      由流体力学可知：P（功率）=Q（流量）×H（压力）

      而 Q/Qe=n/ne

      H/He= (n/ne)²

      P/Pe=(n/ne)³

      Qe: 风机的额定流量

      He: 风机的额定压力

      Pe：风机的额定功率

      ne：风机的额定转速

       由上述公式可知：如果风机的效率一定，当要求调节流量Q下降时，转速n可成比例下降，此时风机的轴输出功率P是成立方关系下降。即风机电机的耗电功率P与其转速n近似成立方关系。

◆ 管网的风阻特性

      当管网的风阻特性保持不变时，风量与通风阻力之间的关系为：K=R*Q2

      K：通风阻力，单位（Pa）

      R：风阻，单位（kg/ m3）

      Q：风量，单位（m3/s）

      由风量与通风阻力之间的关系式可知：风阻特性曲线为抛物线。

◆ 风机的节能原理

      三相异步电机转速与频率的关系为：n=60f(1-s)/P

       当改变定子绕组的电源频率时，就可以改变电机的转速，即可调节风量的大小，因此调节电机转速就可相应地调节输入风机的功率，这样就避免了风门调节风量时消耗在风门上的功率。

l 引风机变频调速控制系统的设计

        在此锅炉引风机变频调速控制中，利用变频器的段速功能根据锅炉的不同工作状态自动调节电机频率，从而达到调节引风量的目的。

        此锅炉为负压燃烧的锅炉，如炉膛压力偏高，火焰就可能喷出，损坏设备或烧伤人员；而如果炉膛负压过大，则会吸入过多的冷空气，致使炉膛温度降低，增加热损失。

        锅炉的启动应缓慢进行，其启动过程为：

        ① 水系统检查

        ② 启动引风机

        ③ 启动锅炉，此时锅炉自控系统先启动鼓风机对炉膛和风道进行吹扫

        ④ 点燃过程，电极产生高压电火花，燃油助燃器开始点燃，燃烧器电磁阀开通，点小火，火焰监测器开始工作，如燃烧正常，延迟一分钟，启动大火电磁阀点大火，经监测大火正常后，转为正常燃烧阶段

        ⑤ 根据蒸气用量情况锅炉在大火、小火之间反复切换

        在锅炉的运行过程中，锅炉自控系统根据大、小火电动阀的不同工作情况自动调节鼓风机入口档板的开度调节鼓风量大小，而引风机则是通过人工调节其风门的大小调节其引风量，考虑到锅炉实际运行情况及投资成本，我们运用变频器的段速功能对锅炉引风机进行变频调速改造。

l 主要参数设置

结束语

       工业锅炉风机，采用变频器调速实现风量控制，稳定性和可靠性高，调节特性好。投入变频器后风机风道挡板在全开位置，风机挡板压流损失减少到近似于零。由于变频器可非常平滑稳定的调整风量，操作人员可灵活的调控燃烧，提高了锅炉的效率。

BD330基本信息与介绍

产品概述

      BD330是公司在DZB300基础上开发的新一代高性能开环矢量变频器，性能优越，功能丰富，外型美观大方；散热性能优良，体积更小，结构设计更加合理；配置灵活多变，能满足客户的不同需求。

产品特征
◆ 两种控制方式：无PG矢量控制（SVC）、V/F控制
◆ 多段V/F曲线设定功能
◆ 启动转矩：无PG矢量控制（SVC）0.5Hz可达150%

◆ 内置PID控制功能，可实现闭环恒温、恒压控制
◆ 支持多种频率设定：数字设定、模拟量设定、PID设定、RS485通讯设定
◆ I/O端子可自由编程，根据用户需要组合出多种工作模式
◆ 具备跳跃频率控制功能，可有效抑制机械共振，使系统更加稳定可靠
◆ 具备瞬时掉电保持功能，可避免因瞬时掉电而停机影响生产
◆ 过转矩、欠转矩检出功能
◆ 主辅频率切换功能、运行命令切换功能、就地/远程切换功能
◆ 自动电压调整功能，有效解决大功率电机低频振荡问题
◆ 提供多种故障保护功能：过流、过压、欠压、过热、过载、缺相等全方位实时监控保护，确保安全运行
◆ 0.75~22kW内置制动单元，只需加制动电阻就可实现快速停车
◆ 11kW以上内置转速跟踪功能，可实现对旋转中的电机无冲击平滑启动
◆ 模块化设计，可配置多种扩展卡
◆ 16段速，每段加减速时间可调

应用场合
◆ 金属加工、数控机床、拉丝机等机械设备
◆ 锅炉鼓风机、引风机、煤矿井下排风机
◆  市政工程、中央空调节能改造
◆  对旋风机、离心风机等
◆  循环水泵、补水泵、油田注水泵、输油泵、音乐喷泉
◆  造纸设备、化工行业、制药行业、纺织行业等

选型表

l AC220V系列额定参数：