變頻調速技術在保持鍋爐爐膛負壓控制中的研究

齊盛 孫艷波

（大慶油田電力集團油田熱電廠，黑龍江 大慶 163714）

1.概述

提高鍋爐的自動化水平，是提高鍋爐效率的主要途徑也是提高電廠經濟效益的方法之一。正常運行時鍋爐爐膛的壓力通過自動控制維持穩定，如果正壓過大，超過鍋爐水冷壁或煙風道結構強度，會造成爐膛或煙風道撕裂、外鼓損壞的事故，同時火焰外噴，容易造成傷人事故；如果負壓過大，會造成爐膛或煙風道被大氣壓力壓癟的損壞事故，因此正確控制爐膛內部的壓力變化，對避免造成爐膛損壞事故起著積極重要的作用。從安全和節能的角度考慮，采用變頻調速調節引風機的風量使爐膛壓力維持穩定，取代傳統的節流或擋板控制風量大小的調節方法。

本文采用IGBT-PWM變頻調速系統對引風機進行變速調節，它主要包括四個部分：六管IGBT模塊主電路，8098單片機和SA866DE三相PWM產生器構成的控制電路，M57962驅動模塊和保護電路。此系統結構簡單、運行可靠、模塊化電路板面積較小，對爐膛負壓控制效果好。

2.爐膛負壓控制方案

本文設計的爐膛負壓調控系統框圖如圖1所示，以引風機的引風量為控制量，引風機的轉速為控制機構，當鍋爐負荷變化使爐膛壓力變化時，控制系統就可以通過對引風電機的轉速進行調節改變引風量的大小，保持爐膛壓力在安全范圍內。

圖2 PWM變頻調速系統原理框圖

3 IGBT-PWM變頻調速系統

IGBT-PWM變頻調速系統原理框圖如圖2，整個系統的硬件電路由主電路、控制電路、驅動電路和保護電路等構成。

3.1 主電路

主電路的形式是AC/DC/AC逆變電路，由三相整流橋、濾波器、三相逆變器組成。三相交流電經三相橋式整流后，得到脈動直流電壓，再經電容器和電阻組成的儲能、濾波后以直流電壓供給逆變器。主開關器件選用日本富士公司生產的P系列IGBT模塊，構成本系統三相逆變器，它的優點是具有吸收電路簡單和短路承受能力強的特點；并且由R、C和VD組成關斷吸收電路，不僅可以限制關斷電壓上升率，又可以減少主開關元件的關斷損耗。逆變器的主電路采用三相橋式全控電路，如圖3所示。

圖3 逆變器的主電路圖

3.2 控制電路

8098單片機以及外圍電路和MITEL公司生產的SA866DE三相PWM產生器構成本系統的控制電路。單片機除完成對SA866DE的初始化、輸出脈寬調制、頻率控制外，同時完成閉環控制算法的運算及數據處理，模擬信號和數字信號的檢測和保護功能的邏輯判斷等。SA866DE是一種全數字化高智能的PWM控制器，數字化的脈沖輸出有很高的精度和溫度穩定性；輸出標準的正弦波、增強型波形和高效型波形三種PWM調制波形；與微處理器接口簡單，微處理器只用很少的時間去控制它，因而有能力進行整個系統的檢測、保護、控制等；SA866DE具有六個標準的TTL電平輸出，可以用來驅動逆變器的六個功率開關器件。

3.3 驅動電路

驅動電路的設計采用IGBT專用驅動電路M57962L，M57962L混合集成式驅動芯片最高工作頻率為40kHZ，采用雙電源供電（+ 15V和-10V），輸出電流峰值為±5A，可驅動1.2Kv/300A的IGBT。整個驅動電路的信號延時不超過1.5us，模塊輸入采用高速光電耦合器隔離，并有過電流檢測電流低速關斷IGBT的功能。圖4為M57962L構成的驅動電路，RG取8.5是防止刪控信號震蕩及減小IGBT集電極電壓尖脈沖的電阻，VD為快恢復二極管，VL光耦合器過流保護輸出，外接的兩個47uF電容是用來吸收電源阻抗變化引起的電源電壓波動。

圖4 驅動電路

3.4 保護電路

為使IGBT逆變器安全工作，控制電路中必須有保護電路。保護電路的功能包括過壓保護、過流保護、過載保護。采用電流傳感器模塊測三相逆變器的輸出電流，電流檢測信號經測量電阻轉換成電壓信號。過壓保護信號取自主電路濾波電容器端，經電阻分壓后獲得。為防止高壓信號進入控制電路，而采用光電隔離。一旦檢測值超過給定值，保護電路發出的信號和來自單片機的控制信號一起封鎖了SA866DE三相PWM脈沖輸出，使IGBT關斷。

結語

本系統采用SA866DE三相PWM控制模塊和IGBT專用驅動模塊電路M57962L所構成的變頻調速系統，其結構簡單，使用方便；為了滿足實際應用要求，只要改變系統參數就可以快速的改變系統的性能，在控制、保護方面具有較高的智能功能。在本系統中以75kW的引風電機為例，作為閉環控制使爐膛負壓穩定在-10pa～-30pa范圍內，如改變元器件的參數即可應用于不同的電機調速系統，因此它的應用有廣闊的前景。

[1]曲永印.電力電子變流技術[M].冶金工業出版社，2002.

[2]曾慶波.單片機應用技術[M].哈爾濱工業大學出版社，2010.

[3]臧英杰.電氣傳動的脈寬調制技術.機械工業出版社，1999.

[4]徐德鴻.現代電力電子器件原理與應用技術[M].機械工業出版社，2008.