变频调速技术在保持锅炉炉膛负压控制中的研究

齐盛 孙艳波

（大庆油田电力集团油田热电厂，黑龙江 大庆 163714）

1.概述

提高锅炉的自动化水平，是提高锅炉效率的主要途径也是提高电厂经济效益的方法之一。正常运行时锅炉炉膛的压力通过自动控制维持稳定，如果正压过大，超过锅炉水冷壁或烟风道结构强度，会造成炉膛或烟风道撕裂、外鼓损坏的事故，同时火焰外喷，容易造成伤人事故；如果负压过大，会造成炉膛或烟风道被大气压力压瘪的损坏事故，因此正确控制炉膛内部的压力变化，对避免造成炉膛损坏事故起着积极重要的作用。从安全和节能的角度考虑，采用变频调速调节引风机的风量使炉膛压力维持稳定，取代传统的节流或挡板控制风量大小的调节方法。

本文采用IGBT-PWM变频调速系统对引风机进行变速调节，它主要包括四个部分：六管IGBT模块主电路，8098单片机和SA866DE三相PWM产生器构成的控制电路，M57962驱动模块和保护电路。此系统结构简单、运行可靠、模块化电路板面积较小，对炉膛负压控制效果好。

2.炉膛负压控制方案

本文设计的炉膛负压调控系统框图如图1所示，以引风机的引风量为控制量，引风机的转速为控制机构，当锅炉负荷变化使炉膛压力变化时，控制系统就可以通过对引风电机的转速进行调节改变引风量的大小，保持炉膛压力在安全范围内。

图2 PWM变频调速系统原理框图

3 IGBT-PWM变频调速系统

IGBT-PWM变频调速系统原理框图如图2，整个系统的硬件电路由主电路、控制电路、驱动电路和保护电路等构成。

3.1 主电路

主电路的形式是AC/DC/AC逆变电路，由三相整流桥、滤波器、三相逆变器组成。三相交流电经三相桥式整流后，得到脉动直流电压，再经电容器和电阻组成的储能、滤波后以直流电压供给逆变器。主开关器件选用日本富士公司生产的P系列IGBT模块，构成本系统三相逆变器，它的优点是具有吸收电路简单和短路承受能力强的特点；并且由R、C和VD组成关断吸收电路，不仅可以限制关断电压上升率，又可以减少主开关元件的关断损耗。逆变器的主电路采用三相桥式全控电路，如图3所示。

图3 逆变器的主电路图

3.2 控制电路

8098单片机以及外围电路和MITEL公司生产的SA866DE三相PWM产生器构成本系统的控制电路。单片机除完成对SA866DE的初始化、输出脉宽调制、频率控制外，同时完成闭环控制算法的运算及数据处理，模拟信号和数字信号的检测和保护功能的逻辑判断等。SA866DE是一种全数字化高智能的PWM控制器，数字化的脉冲输出有很高的精度和温度稳定性；输出标准的正弦波、增强型波形和高效型波形三种PWM调制波形；与微处理器接口简单，微处理器只用很少的时间去控制它，因而有能力进行整个系统的检测、保护、控制等；SA866DE具有六个标准的TTL电平输出，可以用来驱动逆变器的六个功率开关器件。

3.3 驱动电路

驱动电路的设计采用IGBT专用驱动电路M57962L，M57962L混合集成式驱动芯片最高工作频率为40kHZ，采用双电源供电（+ 15V和-10V），输出电流峰值为±5A，可驱动1.2Kv/300A的IGBT。整个驱动电路的信号延时不超过1.5us，模块输入采用高速光电耦合器隔离，并有过电流检测电流低速关断IGBT的功能。图4为M57962L构成的驱动电路，RG取8.5是防止删控信号震荡及减小IGBT集电极电压尖脉冲的电阻，VD为快恢复二极管，VL光耦合器过流保护输出，外接的两个47uF电容是用来吸收电源阻抗变化引起的电源电压波动。

图4 驱动电路

3.4 保护电路

为使IGBT逆变器安全工作，控制电路中必须有保护电路。保护电路的功能包括过压保护、过流保护、过载保护。采用电流传感器模块测三相逆变器的输出电流，电流检测信号经测量电阻转换成电压信号。过压保护信号取自主电路滤波电容器端，经电阻分压后获得。为防止高压信号进入控制电路，而采用光电隔离。一旦检测值超过给定值，保护电路发出的信号和来自单片机的控制信号一起封锁了SA866DE三相PWM脉冲输出，使IGBT关断。

结语

本系统采用SA866DE三相PWM控制模块和IGBT专用驱动模块电路M57962L所构成的变频调速系统，其结构简单，使用方便；为了满足实际应用要求，只要改变系统参数就可以快速的改变系统的性能，在控制、保护方面具有较高的智能功能。在本系统中以75kW的引风电机为例，作为闭环控制使炉膛负压稳定在-10pa～-30pa范围内，如改变元器件的参数即可应用于不同的电机调速系统，因此它的应用有广阔的前景。

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[2]曾庆波.单片机应用技术[M].哈尔滨工业大学出版社，2010.

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