摘要：本文從窯爐助燃風(fēng)流量控制中變頻器與調(diào)節(jié)蝶閥的選用方案比較入手，通過(guò)應(yīng)用實(shí)例，介紹變頻器一些基本性能，節(jié)能、易操作特點(diǎn)及選用注意事項(xiàng)，為擴(kuò)大變頻器在瓶罐玻璃工廠應(yīng)用提供參考。 關(guān)鍵詞：變頻器應(yīng)用推廣 一前言 交流變頻調(diào)速技術(shù)是一項(xiàng)具有八十年代中期國(guó)際水平的技術(shù)。采用交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)變頻器）控制工業(yè)過(guò)程中的風(fēng)機(jī)、水泵，則是這項(xiàng)技術(shù)的具體應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)在一些行業(yè)已得到推廣和應(yīng)用，普遍使用效果較好。我們于九二年及其以后的設(shè)計(jì)中采用這項(xiàng)技術(shù)，解決熔窯助燃風(fēng)流量的控制問(wèn)題。經(jīng)過(guò)實(shí)際使用，效果比較理想。以下是我們?cè)趹?yīng)用過(guò)程中的一些體會(huì)。 二變頻器應(yīng)用中的利與弊 以重油為燃料的玻璃熔窯熱工控制中，助燃風(fēng)流量閉環(huán)控制系統(tǒng)，是構(gòu)成爐溫、油、風(fēng)串級(jí)比值調(diào)節(jié)（或雙交叉調(diào)節(jié)）系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。助燃風(fēng)流量控制就執(zhí)行裝置來(lái)說(shuō)，目前有兩種控制方式供選擇：一種是采用蝶閥進(jìn)行截流式控制；另一種是采用變頻器，進(jìn)行變頻調(diào)速的控制。這兩種方式均有應(yīng)用的實(shí)例。在我們?cè)O(shè)計(jì)過(guò)的瓶罐玻璃工廠中，有幾條引進(jìn)生產(chǎn)線，自控系統(tǒng)隨熔窯引進(jìn)，其中助燃風(fēng)流量控制執(zhí)行裝置采用的是調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)（ReguratedFlap），其結(jié)構(gòu)和動(dòng)作原理同國(guó)內(nèi)蝶閥，已使用多年。我們自行設(shè)計(jì)的熔窯控制系統(tǒng)則采用變頻器作為助燃風(fēng)流量控制的執(zhí)行裝置。為什么我們自己設(shè)計(jì)的助燃風(fēng)流量控制系統(tǒng)采用變頻器呢？這是我們根據(jù)玻璃工廠工藝情況和變頻器的特點(diǎn)經(jīng)過(guò)分析后得出結(jié)果。下面是我們采用變頻器的一些看法。 １有利因素： （１）采用變頻器控制風(fēng)機(jī)、水泵是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，在別的行業(yè)已有應(yīng)用成功的實(shí)例。 （２）節(jié)能。據(jù)資料介紹，變頻器節(jié)能效果理論計(jì)算高可達(dá)50%，平均達(dá)41%。由于調(diào)節(jié)蝶閥是靠壓差來(lái)調(diào)節(jié)的，因此約有壓差的三分之一的能量作為壓力損失消耗，而變頻器自身功耗僅占總功率3%左右。采用變頻器的控制方案，助燃風(fēng)風(fēng)機(jī)揚(yáng)程可以往低選型。 （３）不占用直管段。眾所周知，瓶罐玻璃廠熔窯助燃風(fēng)管路系統(tǒng)特點(diǎn)是 口徑大、主管道的直管段較短，主管道要同時(shí)滿(mǎn)足檢測(cè)儀表和執(zhí)行裝置的直管 段比較困難。根據(jù)我們?cè)O(shè)計(jì)的助燃風(fēng)管路情況看，送風(fēng)主管路的管道長(zhǎng)短不一。例如長(zhǎng)的可達(dá)7米，管道內(nèi)徑450mm，約合16D；短的只有1米，管道內(nèi)徑700mm，約合1.4D；一般以2～4米為多，在相應(yīng)管徑下約合4～6D。根據(jù)常用的氣體流量測(cè)量裝置對(duì)直管段要求情況看，以均速管的要求較低，據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)介紹，最有利的管路結(jié)構(gòu)情況下（同一平面內(nèi)有一個(gè)900彎頭或三通），上游側(cè)（以下稱(chēng)前）需7D，下游側(cè)（以下稱(chēng)后）需3D，有的樣本給出最低直管段要求為前2D，后2D。從多數(shù)的助燃風(fēng)送風(fēng)側(cè)管路情況看，均速管需前7D，后3D，否則將達(dá)不到均速管所給出1%的測(cè)量精度指標(biāo)。 而渦街流量計(jì)，至少需前10D，后5D，才能保證1%的測(cè)量精度。對(duì)于僅有4～8D直管段情況下，若再安裝自身厚度約0.3米的蝶閥的話，相當(dāng)于插入了一個(gè)阻力元件，則連4～8D直管段也沒(méi)有了，均速管流量計(jì)的直管段不能滿(mǎn)足要求，則直接影響測(cè)量精度，甚至將無(wú)法保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性。 在近年來(lái)的設(shè)計(jì)中，采用了在吸風(fēng)口側(cè)裝設(shè)吸風(fēng)管道，將檢測(cè)元件安裝在吸風(fēng)管道上的做法，直管段比較容易滿(mǎn)足。但受到工藝條件的限制，并非每個(gè)廠都能做到。采用變頻器方案，由于沒(méi)有管路阻力元件，相對(duì)于采用蝶閥的方案來(lái)說(shuō)有利一些。 （４）變頻器安裝方便，易于操作。由于調(diào)節(jié)蝶閥是嵌裝在助燃風(fēng)管道的上，一般安裝在距地面2米～7米的空間，安裝和檢修不方便，管徑助燃風(fēng)風(fēng)量，最大流量18000m3/h，配用電機(jī)功率7.5KW。流量通過(guò)均速管流量計(jì)檢測(cè)，測(cè)量的差壓值經(jīng)差壓變送器轉(zhuǎn)換4～20mA信號(hào)，由配電器轉(zhuǎn)換成1～5V信號(hào)送微機(jī)系統(tǒng)，由微機(jī)系統(tǒng)輸出4～20mA信號(hào)進(jìn)入變頻器，通過(guò)變頻器去改變助燃風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到改變風(fēng)量目的。 變頻器采用日本富士（FUJI）公司產(chǎn)品，型號(hào)為FRN7.5G9S-4JE，規(guī)格為：裝置容量14KVA，配接電機(jī)7.5KW，輸出頻率0～400Hz，最大輸出電流18A，輸入電壓為三相380V，50Hz。這種機(jī)型主控板采用雙32位CPU，PWM技術(shù)，輸出功率元件采用IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）模塊。變頻器操作面板采用一塊鍵板（KEYPAD），鍵板通過(guò)一個(gè)插接口與變頻器相連，輔以螺釘緊固。鍵板上有LED顯示、液晶顯示及八個(gè)軟鍵，LED顯示輸出電壓、電流、頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等運(yùn)行參數(shù)，液晶顯示程序步及設(shè)定參數(shù)。鍵板亦可以通過(guò)變頻器上的RS-232C接口，利用選件－電纜將鍵板遠(yuǎn)拉至10米處進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。變頻器上除0～10V或4～20mA輸入、外部電位器設(shè)定輸入、頻率輸出（0～60Hz，脈沖或模擬方式）、報(bào)警輸出等連接端子外，還有外部制動(dòng)等連接端子用于其他用途，由于助燃風(fēng)控制系統(tǒng)上較少采用，故不一一羅列，具體可參考有關(guān)說(shuō)明書(shū)。 變頻器的安裝位置設(shè)在風(fēng)機(jī)旁的混凝土立柱上，操作和觀察很方便。 為了保證變頻器的正常運(yùn)行，將其置于帶門(mén)鎖、兩側(cè)有散熱孔的保護(hù)箱內(nèi)。 三變頻器產(chǎn)品的目前情況 目前變頻器的生產(chǎn)廠家較多，據(jù)我們所知，在我國(guó)市場(chǎng)的產(chǎn)品有：日本安川（YASKAWA）、富士（FUJI）、日立（HITACHI）、三菱（MITSUBISHI）、三肯（SANKEN）、松下（NATIONAL），美國(guó)ABB，丹麥丹佛斯，德國(guó)西門(mén)子（SIEMENS），韓國(guó)金星（GLOGSTAR，有譯為高士達(dá)），臺(tái)灣臺(tái)達(dá)、普傳、北京比萊恩（北京電機(jī)總廠引進(jìn)日本三菱電機(jī)公司技術(shù)生產(chǎn)）、西安西普（采用臺(tái)灣普傳PI90系列技術(shù)）、北京北茂、深圳華為等公司產(chǎn)品。 市場(chǎng)上的產(chǎn)品從操作面板上的設(shè)定方式看可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是電位器設(shè)定（模擬）方式，早期的產(chǎn)品采用這種方式，另一類(lèi)是軟鍵設(shè)定（數(shù)字）方式，為目前的主流產(chǎn)品所采用。 面板上采用電位器設(shè)定頻率的變頻器，其外部設(shè)定輸入信號(hào)有0～10V.DC或4～20mA.DC信號(hào)，也可以通過(guò)外部電位器進(jìn)行設(shè)定。 輸出頻率采用模擬儀表指示或LED數(shù)字顯示。主控板采用8位或位16CPU，PWM技術(shù)。功率輸出元件采用GTR模塊。 面板上采用軟鍵設(shè)定頻率的變頻器，其外部設(shè)定輸入信號(hào)亦有0～10V.DC或4～20mA。 DC信號(hào)，亦可以通過(guò)外部電位器進(jìn)行設(shè)定。輸出頻率采用LED數(shù)字顯示，顯示功能比較豐富，除了顯示頻率外，電壓、電流、轉(zhuǎn)速等主要參數(shù)可手動(dòng)切換顯示。主控板采用16位或32位CPU，采用全數(shù)字矢量PWM技術(shù)。功率元件采用IGBT模塊。更進(jìn)一步的元件采用IPM（IntelligentPowerModuleadoptingIGBT，采用IGBT的智能功率模塊），這是一種內(nèi)置保護(hù)電路的功率輸出模塊。 數(shù)字設(shè)定變頻器是近年來(lái)新產(chǎn)品。這種產(chǎn)品除了繼承以往產(chǎn)品功能外，新增了不少功能，尤其是采用了磁通矢量控制實(shí)現(xiàn)低速高轉(zhuǎn)矩（高達(dá)150%）以及采用IGBT功率輸出模塊，在一定程度上解決了低頻低轉(zhuǎn)矩以及低頻產(chǎn)生電磁噪音的問(wèn)題，通用性更好，性能價(jià)格比高。 以下是目前較先進(jìn)的變頻器產(chǎn)品具有的一些基本特點(diǎn)。 （１）采用32位CPU。例如日本日立J300系列、富士FRNG9S系列（采用雙32位CPU），日本三肯公司IF系列產(chǎn)品等。 （２）通信接口功能。 （３）多種設(shè)定方式： 數(shù)字式頻率給定， 模擬量給定（4～20mA）， 電位器給定（0～1K）， 固定頻率給定， 遙控?cái)?shù)據(jù)傳輸。 （４）豐富的數(shù)字顯示。 （５）豐富的內(nèi)部功能。 （６）適應(yīng)各種場(chǎng)合。 （７）采用IGBT模塊。 （８）各種保護(hù)功能，例如過(guò)電流、過(guò)電壓、欠電壓、過(guò)載、接地短路、變頻器過(guò)熱、瞬時(shí)停電等基本保護(hù)功能均具備。 （９）匹配電機(jī)容量范圍廣：三相380V，50Hz，0.2～220KW。 （１０）輸出頻率準(zhǔn)確度：0.2～0.5級(jí)。 目前市場(chǎng)上還有一種產(chǎn)品，自帶PID功能，只需將檢測(cè)信號(hào)接入，在變頻器上進(jìn)行PID參數(shù)設(shè)定，則可控制電機(jī)，例如美國(guó)ABB公司生產(chǎn)的變頻器。這種產(chǎn)品適合于分散的單參數(shù)調(diào)節(jié)的場(chǎng)合，同時(shí)可省去一個(gè)PID調(diào)節(jié)器。 四結(jié)束語(yǔ) 對(duì)助燃風(fēng)實(shí)行開(kāi)環(huán)控制或閉環(huán)控制的應(yīng)用實(shí)踐證明，采用變頻器作為執(zhí)行裝置完全可以滿(mǎn)足控制質(zhì)量要求。選用變頻器作為熔窯助燃風(fēng)控制系統(tǒng)的一個(gè)執(zhí)行環(huán)節(jié)，具有調(diào)節(jié)性能好，系統(tǒng)的穩(wěn)定性高，體積小、易安裝、易維護(hù)等特點(diǎn)，對(duì)窯爐熱工制度比較有利，值得推廣。 實(shí)際選用在滿(mǎn)足基本功能情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮產(chǎn)品質(zhì)量可靠，價(jià)格合理。新一代變頻器保護(hù)功能及低頻運(yùn)行性能較好，質(zhì)量相對(duì)來(lái)說(shuō)較優(yōu)，價(jià)格也還合理，對(duì)于使用臺(tái)數(shù)不多、可靠性要求較高的助燃風(fēng)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，值得選型時(shí)優(yōu)先考慮。由于變頻器具有節(jié)能、控制特性好、易操作的特點(diǎn)以及隨著產(chǎn)品不斷改進(jìn)，價(jià)格逐步降低，應(yīng)用范圍在逐步擴(kuò)大。瓶罐玻璃行業(yè)的窯爐加料系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、窯爐冷卻系統(tǒng)等場(chǎng)合風(fēng)機(jī)、水泵、電磁線圈都適于采用變頻器控制。