大型锅炉电机vfd的实施和控制建议

变频驱动器(vfd)在制造业中已经无处不在。有很多很好的理由，包括:

• 它们比阀门或阻尼器更准确和可重复，并且不受迟滞的影响。这允许更严格地调优控件。
• vfd更高效。功率与流量乘以压力成正比;放慢泵或风扇和打开阀门或阻尼器意味着相同的流量可以实现较少Δ-pressure。节省的能量可以是显著的——通常不到全速电机的一半。
• 它们减少了因压力下降过大而引起的管道、管道、阀门和阻尼器的磨损。
• vfd减少了启动过程中旋转部件的应变(延长寿命并降低维护成本)。
• 它在启动过程中消耗更低的安培，减少了开关设备上的峰值负载和电压凹陷。
• 更多有关电机的操作数据，无需额外的仪器。
• 它可以超速(60赫兹以上)，以增加小尺寸设备的容量。

变频泵

通过在vfd上运行锅炉给水(BFW)泵，锅炉可以大大受益。当以恒定速度运行时，BFW泵迫使BFW阀门降低从BFW排放到滚筒压力的大范围压力。除了对BFW阀门造成过度磨损外，这也使转鼓液位控制更加困难。

VFD BFW泵应采用以下控制方案:

1. 计算由该机组BFW泵提供的所有锅炉的最高汽包压力。
2. 在最高滚筒压力上增加恒定压力(通常为50至150psi)。
3. 对BFW排放压力设定值应用平滑过滤器。
4. 一个PID回路，BFW排放压力(在BFW排放线汇聚处之间，但在任何BFW阀门或分支到这些阀门的上游)作为过程变量(PV)，平滑和偏置的鼓压作为设定值。
5. 将PID回路的输出发送给所有BFW泵作为转速参考。
6. 若无BFW泵运行，将PID回路输出保持在最小转速。
7. 一些系统受益于使用基于运行泵数量的前馈输入，因此当泵启动或停止时，前馈输入就会跳变。例如，当没有或只有一个泵在运行时，这可能是15hz，当两个泵在运行时，这可能是6hz，当三个泵在运行时，这可能是0hz。应调整这些值，以尽量减少启动或停止后BFW压力中断。当第二个泵启动时，示例值将泵速降低9hz(从原来的位置)，当第三个泵启动时，再降低6hz。

然后在BFW阀门上有一个更一致的压降，使得阀门位置和BFW流量之间有一个更一致的线性关系。

警告:多泵

如果多台泵一起运行到同一个排放头，它们都应该匹配并运行相同的速度。唯一的例外是每个泵都有独立的流量测量和控制。如果匹配的BFW泵以不同的速度运行，则有可能将所有流量转移到一个泵上，以便较慢的泵在旋转，但不能产生足够的压力来打开其止回阀。然后它会迅速过热，破坏密封。

VFD的粉丝

锅炉的特点是大而有力的风扇，较小的机组可能只有一个强制通风(FD)风扇;较大的机组将增加引风机、二次风机、过火风机、配电风机等……

对于不需要太多转压的风机(所需气流始终为风机容量的40 - 100%)，可以通过将电机连接到VFD来取代用于调节流量/压力的传统调制入口阻尼器。

vfd和进气阻尼器一起工作

然而，大多数风扇需要太多的下降来消除进气阻尼器。ID风机在第一次启动时(在FD风机启动之前)必须抽出其容量的一小部分，以避免将过多的气流拉到炉子上。FD风机可能需要在低负荷和/或初始照明时提供非常低的流量。对于这些应用，应该保留调制进气阻尼器。

进气阻尼器的关闭速度也快于vfd的减速速度。使用阻尼器和VFD对负载减少的控制比单独使用任何一个都更敏感。

大多数可能的控制方案要么效果不佳，要么过于复杂。大多数VFD+阻尼器应用的理想方案是:

• 一个PID回路。PV可能是ID风机的中值炉通风压力，FD风机的风道压力或FD流量，等等。
• 创建两个分段表征表(PWCT曲线):一个是风扇转速参考表，另一个是阻尼器位置表。PID回路的输出将是这些曲线的输入。
• 在调试期间，调整曲线，使空气/烟气流量大致与% PID输出成线性。在响应性和效率之间需要权衡。
  • 对响应性要求不高的风机(如FD风机或二次风)可以在PID输出范围的下半部分保持最小转速，其阻尼曲线在中点附近达到100%，然后利用风机转速调节PID输出范围的上半部分(中间部分有必要重叠)。
  • 需要响应性的循环(如ID风扇)应该在整个范围内稳定增加两个曲线。

/旁路变频选择

如果VFD与阻尼器(或阀门)一起工作，具有“跨线”旁路选项，则在旁路/全速模式下，应为阻尼器设置第三条PWCT曲线(旁路模式或强制VFD以全速运行应触发该曲线)。一旦其他曲线被调整，运行风扇在旁路(或与VFD速度强制到最大)，并调整旁路曲线，使PID输出在每10%的增量产生大约相同的流量，因为它是在自动速度控制。这将意味着阻尼器在每个输出比一个较慢的风扇更封闭。

最低速度

vfd的最低速度几乎总是应该设置在远高于零的水平。可能提高最低速度的因素包括:

• 在巴比特轴承的投环必须旋转得足够快，以投润滑油。这可能高达20赫兹。这不是一个因素滚子轴承或巴比特轴承泵润滑剂。考虑电机和负载轴承。
• 大多数电机的冷却是由一个整体风扇附在轴上。电机必须运行得足够快，以建立最小的冷却气流。对于风扇来说，这可能是相当慢的，因为它们的负载(和安培)在运行缓慢时是最小的，减少了热量产生- 6hz通常是这些应用的一个很好的最小值。但是低速高转矩电机可能需要更高的最小值来冷却。密封电机设计为运行没有冷却风扇和电机与一个单独的恒速电机冷却风扇可以一直运行到零速度，除非其他因素提高限制。
• 泵在运行时需要输送液体。如果有流量计或开关使泵在低流量时跳闸，则不要求最低转速，但如果没有，则应设置最低转速以确保有一定的流量通过泵。泵排放到高压集管可能需要非常高的最低速度，有时超过50赫兹。

最低速度应在控制器逻辑和变频器配置中设置。

VFD-rated汽车

vfd产生近似正弦波的输出，但由离散的步骤组成。正弦波中的这些“缺陷”会在电机中产生额外的电流，并导致比在线路上运行时产生的热量略高。由vfd驱动的电机必须设计成能够处理额外的电流和热量。几乎所有的现代电机都是为vfd设计的，但如果要改装旧系统，请确保电机的额定功率正确。它们可能需要更换或降级。

超速行驶

vfd可以配置为超速电机(运行速度超过60 Hz)。这是一个可能的解决方案，较小的设备。超速前有很多注意事项，包括:

• 电机、变速箱和负载轴承必须能够处理更高的速度。铭牌(如上图所示，在设计超速到120 Hz的电机上)有时显示最高速度超过60 Hz。但大多数标准电机只列出了50和/或60赫兹的限制-在这种情况下，可能需要制造商提供进一步的信息。
• 每一件旋转设备都会受到角惯性带来的更高应力。
• 电机安培仍不得允许运行在满载安培(FLA)以上的稳态。
• 风扇和泵在超速时会失去效率。

VFD速度参考单元

许多系统配置为VFD速度参考和“%”反馈。问题是它不匹配通常以Hz为单位的VFD显示，并且它是不明确的(最大电机速度的%与系统容量的%不匹配)。RPM也是模棱两可的:它是电机的RPM还是齿轮箱和滑轮之后的驱动组件的RPM ?以Hz为单位的VFD速度没有歧义，hmi上的值可以直接与VFD显示器上的值进行比较。

在vfd上运行较大的电机(如风扇和BFW泵)需要特殊考虑。如果设计和控制得当，vfd可以提高锅炉的效率、性能、调试和维护成本。

克里斯•哈迪电气工程师在哪里跨公司集成系统集团．本文最初发表于Cross Company的博客。交叉公司集成系统集团是CFE媒体的内容合作伙伴。由CFE媒体制作编辑克里斯·瓦夫拉编辑，cvavra@cfemedia.com．

克罗斯公司是相2016年9月20日会员。

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