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【摘 要】在我国北方，锅炉是比较常见的用于集中供热设备。由于气温和负荷的变化，需对锅炉燃烧情况进行调节，传统的调节方式是，水泵采用调节阀门来控制流量，风机采用调节风门挡板开度的大小来控制风量。但在运行中调节阀门、挡板的方式是不论供热需求大小，水泵、风机都要满负荷运转，拖动水泵、风机的电动机的轴功率并不会改变，电动机消耗的能量也并没有减少。锅炉的这种运行方式不仅损失了能量，而且增大了设备损耗，导致设备使用寿命缩短，维护、维修费用高。变频调速能够根据负荷的变化使电动机自动、平滑地增速或减速，实现电动机无级变速。变频调速范围宽、精度高，是电动机最理想的调速方式。如果将水泵、风机的非调速电动机改造为变频调速电动机，其耗电量就能随负荷变化，从而节约大量电能。本文分析了变频器的工作原理及功能，探讨了锅炉电气系统中变频器的节能应用。
【关键词】锅炉电气系统变频器节能应用
风机、泵类是消耗电能的主要负载，它们的负荷变化大而异步电机的转速却恒定不变，造成了“大马拉小车”现象，浪费了大量的能源。变频器不仅调速性能优越，而且节能效果显著。
一、关于变频器的工作原理及功能
1.变频器的工作原理。变频器最广泛使用于三相异步电动机，其工作原理是利用电力半导体器件的通、断作用将电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调交流电源供给电动机。目前使用变频器先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源。变频器主要由整流器（将工频交流电源转换为直流电源）、滤波（平波回路）、再次整流（或称送变器，将直流变交流）、控制部分等组成。
2.变频器的功能
（1）调速功能。控制调节变频器的频率是电机调速的方法。但如果仅改变频率而不改电压，当频率降低时会使电机因过电压（过励磁）而被烧坏，因此变频器在改变频率的同时也必须要改变电压。注意：当输出频率超过额定频率时，电压不可以继续增加，最高只能是等于电机的额定电压。
（2）保护功能。第一自检异常状态后自动进行修正动作。第二自检异常后封锁电力半导体器件PWM控制信号，使电机自动停车，保护设备、设施，如过电流切断、过电压切断、半导体冷却、风扇过热和瞬时停电保护等。
（3）转矩提升功能。常规的V/F控制的变频器，电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁不足电机不能获得足够的旋转力。也就是说，电机在工频电源供电时启动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些。通过选择磁通矢量控制的变频器（矢量型）可以弥补电机低速时转矩的不足，甚至可使电机在低速区输出足够的转矩来带动设备、设施。转矩提升需提高变频器的输出电压，然而即使提高很多输出电压，电机转矩也不能与其电流对应提高，因为电机电流包含电机产生的转矩分量和其他分量（如励磁分量）。“矢量控制”把电机的电流值进行分配，从而确定产生转矩的电机电流分量和其他电流分量的数值，并可通过对电机端电压降的响应进行优化补偿，在增加电流情况下允许电机产出大转矩。转矩提升功能对改善电机低速时温升也有效。
二、关于锅炉电气系统中变频器的节能应用
1.引风机变频改造节能。引风机采用变频调速装置后现运行方式为风门挡板全开，通过变频来调节电动机转速，从而达到调整风量的目的。当外部条件具备完好后，按下触摸屏上的起动按钮（用于起动变频器，必须无故障告警条件满足时才能起作用），进入起动界面，按确认按钮，即可退出该画面，同时起动系统，此时接通指示灯亮，就绪指示灯灭，起动过程结束后，电动机进入变频运行状态；按下停止按钮后，停止变频器输出，此时接通指示灯灭变频器按一定速度减小输出频率，当输出频率减小到接近于0时，运转指示灯灭，将变频器切除，电动机停止运行，并且根据需要可以手动或者自动改变频率参数的大小。
2.变频器采集汽包液位传感器的测量值，利用内置调节功能自动对锅炉给水泵的转速进行控制，以维持汽包水位的稳定。水位影响蒸发效果和锅炉安全：水位过高，蒸汽含水率大，影响产品质量；水位过低，威胁锅炉安全。采用变频器闭环控制后，给水泵的转速自动跟踪汽包液位的变化，做到精确控制。锅炉控制系统经变频调速改造后，提高了锅炉运行的可靠性和安全性。另外，风煤同步调节，改善了燃烧条件，减少了烟尘排放量，减轻了环境污染，降低了司炉工的劳动强度，工作环境大为改观；还可确保蒸汽质量，提高产品的合格率，并使企业的经济效益显著提高。
3.变频调速控制系统改造效果分析
通過对某锅炉变频调速节能技术改造后，整个系统自投运以来取得了非常良好的运行效果，不仅提高了控制系统的运行可靠性，保证锅炉生产高效稳定进行，同时还有效降低了异步电动机运行综合能耗，降低了系统运行成本，实现了低碳、节能降耗系统控制要求。整个系统在运行过程中所取得的改造效果概括如下：
（1）提高控制系统运行可靠性。由变频器与PLC相互结合组成的变频调速控制系统，具有操作简单方便、运行安全可靠等优点。操作系统在运行各环节中，由PLC和变频器实时与相应的联锁和保护功能单元进行系统通讯，从而大大提高系统运行安全可靠性能。同时系统还具备故障自检测、可视化人机互通等功能特性，不仅可以在运行过程中为运行人员提供详细的运行数据信息，便于其及时掌握系统综合运行工况，制定合理的调度运行计划；而且整个系统具备数据信息自动分析判断功能，大大减轻了运行人员的工作量，提高了系统运行综合经济效益。
（2）具有直流调速性能水平。基于交流矢量性调速控制变频器的调试控制系统，具备与直流系统相媲美的调速控制性能，从而有效解决交流调速系统中异步电动机启动、停止、加减速等复杂控制难题，保证整个异步电动机拖动系统高效稳定运行。
（3）降低了系统综合能耗。异步电动机拖动系统采用变频器的变频调速系统改造后，可以通过内有优化控制，使电动机长期运行在最优工况条件下，避免了传统控制系统长期处于“空载、轻载”等低效运行工况，保证电动机高效稳定运行。据相关统计测算分析可知，非线性控制系统在采用变频调速技术升级改造后，整个系统的功率因素可以达0.95左右，其有效节能率高达45%以上，大大节约了系统电能损耗。
4变频器的正确安装和日常维护要求。第一工作温度要求：变频器内部由大功率的电子元件组成，极易受到工作温度影响，一般要求工作温度在0-55℃，最好控制在4O℃。在控制箱中安装变频器时，要按说明书要求安装在箱体上部，绝不允许把发热或易发热元件紧靠变频器底部安装，控制箱要适当大些。第二变频器控制柜散热和防尘要求：变频器的内装风扇可将箱体内部热量带走，较大功率的变频器还需在控制柜上加排风扇；所有进风口要设置防尘网阻隔絮状杂物进入，防尘网应设计为可拆卸式，并按季节、空气粉尘量、絮状物情况定期巡检清理干净。
变频调速技术用于锅炉控制系统中，具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可靠等多项优点。在大力提倡节约能源的今天，推广使用这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高科技节能装置，对于提高劳动生产率、降低能耗具有重大的现实意义。
参考文献：
[1]李方圆.变频器控制技术[M].北京：电子工业出版社，2010.
[2]张宗桐.变频器应用与配套技术[M].北京：中国电力出版社，2008.
[3]刘立.流体力学泵与风机第2版[M].中国电力出版社，2007.
[4]赵斌，莫桂强.变频调速器在锅炉风机节能改造中的应用[J]，广西电力，2003（3）：40-42.
【关键词】锅炉电气系统变频器节能应用
风机、泵类是消耗电能的主要负载，它们的负荷变化大而异步电机的转速却恒定不变，造成了“大马拉小车”现象，浪费了大量的能源。变频器不仅调速性能优越，而且节能效果显著。
一、关于变频器的工作原理及功能
1.变频器的工作原理。变频器最广泛使用于三相异步电动机，其工作原理是利用电力半导体器件的通、断作用将电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调交流电源供给电动机。目前使用变频器先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源。变频器主要由整流器（将工频交流电源转换为直流电源）、滤波（平波回路）、再次整流（或称送变器，将直流变交流）、控制部分等组成。
2.变频器的功能
（1）调速功能。控制调节变频器的频率是电机调速的方法。但如果仅改变频率而不改电压，当频率降低时会使电机因过电压（过励磁）而被烧坏，因此变频器在改变频率的同时也必须要改变电压。注意：当输出频率超过额定频率时，电压不可以继续增加，最高只能是等于电机的额定电压。
（2）保护功能。第一自检异常状态后自动进行修正动作。第二自检异常后封锁电力半导体器件PWM控制信号，使电机自动停车，保护设备、设施，如过电流切断、过电压切断、半导体冷却、风扇过热和瞬时停电保护等。
（3）转矩提升功能。常规的V/F控制的变频器，电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁不足电机不能获得足够的旋转力。也就是说，电机在工频电源供电时启动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些。通过选择磁通矢量控制的变频器（矢量型）可以弥补电机低速时转矩的不足，甚至可使电机在低速区输出足够的转矩来带动设备、设施。转矩提升需提高变频器的输出电压，然而即使提高很多输出电压，电机转矩也不能与其电流对应提高，因为电机电流包含电机产生的转矩分量和其他分量（如励磁分量）。“矢量控制”把电机的电流值进行分配，从而确定产生转矩的电机电流分量和其他电流分量的数值，并可通过对电机端电压降的响应进行优化补偿，在增加电流情况下允许电机产出大转矩。转矩提升功能对改善电机低速时温升也有效。
二、关于锅炉电气系统中变频器的节能应用
1.引风机变频改造节能。引风机采用变频调速装置后现运行方式为风门挡板全开，通过变频来调节电动机转速，从而达到调整风量的目的。当外部条件具备完好后，按下触摸屏上的起动按钮（用于起动变频器，必须无故障告警条件满足时才能起作用），进入起动界面，按确认按钮，即可退出该画面，同时起动系统，此时接通指示灯亮，就绪指示灯灭，起动过程结束后，电动机进入变频运行状态；按下停止按钮后，停止变频器输出，此时接通指示灯灭变频器按一定速度减小输出频率，当输出频率减小到接近于0时，运转指示灯灭，将变频器切除，电动机停止运行，并且根据需要可以手动或者自动改变频率参数的大小。
2.变频器采集汽包液位传感器的测量值，利用内置调节功能自动对锅炉给水泵的转速进行控制，以维持汽包水位的稳定。水位影响蒸发效果和锅炉安全：水位过高，蒸汽含水率大，影响产品质量；水位过低，威胁锅炉安全。采用变频器闭环控制后，给水泵的转速自动跟踪汽包液位的变化，做到精确控制。锅炉控制系统经变频调速改造后，提高了锅炉运行的可靠性和安全性。另外，风煤同步调节，改善了燃烧条件，减少了烟尘排放量，减轻了环境污染，降低了司炉工的劳动强度，工作环境大为改观；还可确保蒸汽质量，提高产品的合格率，并使企业的经济效益显著提高。
3.变频调速控制系统改造效果分析
通過对某锅炉变频调速节能技术改造后，整个系统自投运以来取得了非常良好的运行效果，不仅提高了控制系统的运行可靠性，保证锅炉生产高效稳定进行，同时还有效降低了异步电动机运行综合能耗，降低了系统运行成本，实现了低碳、节能降耗系统控制要求。整个系统在运行过程中所取得的改造效果概括如下：
（1）提高控制系统运行可靠性。由变频器与PLC相互结合组成的变频调速控制系统，具有操作简单方便、运行安全可靠等优点。操作系统在运行各环节中，由PLC和变频器实时与相应的联锁和保护功能单元进行系统通讯，从而大大提高系统运行安全可靠性能。同时系统还具备故障自检测、可视化人机互通等功能特性，不仅可以在运行过程中为运行人员提供详细的运行数据信息，便于其及时掌握系统综合运行工况，制定合理的调度运行计划；而且整个系统具备数据信息自动分析判断功能，大大减轻了运行人员的工作量，提高了系统运行综合经济效益。
（2）具有直流调速性能水平。基于交流矢量性调速控制变频器的调试控制系统，具备与直流系统相媲美的调速控制性能，从而有效解决交流调速系统中异步电动机启动、停止、加减速等复杂控制难题，保证整个异步电动机拖动系统高效稳定运行。
（3）降低了系统综合能耗。异步电动机拖动系统采用变频器的变频调速系统改造后，可以通过内有优化控制，使电动机长期运行在最优工况条件下，避免了传统控制系统长期处于“空载、轻载”等低效运行工况，保证电动机高效稳定运行。据相关统计测算分析可知，非线性控制系统在采用变频调速技术升级改造后，整个系统的功率因素可以达0.95左右，其有效节能率高达45%以上，大大节约了系统电能损耗。
4变频器的正确安装和日常维护要求。第一工作温度要求：变频器内部由大功率的电子元件组成，极易受到工作温度影响，一般要求工作温度在0-55℃，最好控制在4O℃。在控制箱中安装变频器时，要按说明书要求安装在箱体上部，绝不允许把发热或易发热元件紧靠变频器底部安装，控制箱要适当大些。第二变频器控制柜散热和防尘要求：变频器的内装风扇可将箱体内部热量带走，较大功率的变频器还需在控制柜上加排风扇；所有进风口要设置防尘网阻隔絮状杂物进入，防尘网应设计为可拆卸式，并按季节、空气粉尘量、絮状物情况定期巡检清理干净。
变频调速技术用于锅炉控制系统中，具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可靠等多项优点。在大力提倡节约能源的今天，推广使用这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高科技节能装置，对于提高劳动生产率、降低能耗具有重大的现实意义。
参考文献：
[1]李方圆.变频器控制技术[M].北京：电子工业出版社，2010.
[2]张宗桐.变频器应用与配套技术[M].北京：中国电力出版社，2008.
[3]刘立.流体力学泵与风机第2版[M].中国电力出版社，2007.
[4]赵斌，莫桂强.变频调速器在锅炉风机节能改造中的应用[J]，广西电力，2003（3）：40-42.