回转式空气预热器变频一工频 同步切换控制器

ByGrith4

摘要:大容量回转式空气预热器在变频-工频切换瞬间,常因电源相位不一致引发过电流冲击而导
- P- Y" h3 D* t* \5 h致切换失败。为有效解决这一问题,开发了基于锁相环技术的变频-工频同步切换控制装置。将变
, p/ z4 z7 ?, N  ]  k+ j频器作为压控振荡器(VCO);采用高性能的C8051F单片机作为主控制器,通过其内部集成的高速
2 P4 n) r- b9 ^AD、DA转换器采集变频、工频电压信号,利用软件锁相技术,经数字运算进行鉴相和锁相控制,实现
变频与工频之间的相位锁定。实际运行证明,该同步切换装置锁相快速、准确,稳态相位误差小于
+7° ,切换电流小于1.5倍电机额定值,实现了空气预热器变频-工频的无扰切换。
6 O& u' }) D- s. i& [9 A
关键词:回转式空预器;变频-工频同步切换;锁相环技术; C8051F单片机
. R4 s1 L/ P- X' B
0引言
回转式空气预热器(简称空预器)是大型火电锅
炉必备的空气预热设备。它布置在锅炉的尾部烟道,
用来回收废烟气中的残余热量,其主体是一个转动
惯量很大的蓄热元件转子。传统空预器采用围带驱
动,通过齿轮拨动空预器转子外沿的围带使空预器
$ I' L7 N1 D3 ~5 t& [* q3 T旋转。由于围带的影响空预器转子周向密封必须留
有缺口，从该缺口泄漏的空气大约使空预器漏风率
$ V) ?6 z% v" }7 z7 U& Z' @6 J, U增加1%。为了进一步降低空预器的漏风率,近年来
7 u: v3 K! O9 P# y/ ^! ]各空预器制造厂家纷纷取消了安装在空预器周向
+ z- x3 P* ~% z5 d! q1 y3 _! t. ?  X的驱动围带,改用中心轴驱动方式。
( U8 m% c) {3 O- L( ]+ @采用中心轴驱动方式后传动力臂减小，空预器.
- @, V' J! V& R$ e驱动机构的输出力矩增大了数十倍。同时,近年来
火电机组容量不断提高,空预器的转动惯量也随换
7 C+ W- K2 q9 E' B热量的提高而成倍增加。因此,原有的直接启动方
/ c  }. Y3 D2 w0 @2 I0 H式已经不能满足中心驱动式大容量空预器的使用要
3 L: G  G: W, f5 `8 F3 G# L  \5 j  @求。为避免过大的启动冲击损坏设备、干扰电网,必
须考虑合适的电机软启动方法。
' A5 e' v2 }  P! b* V因为空预器属于重载设备,受惯性和摩擦力的
1 N. K' o, H0 u( R  r影响,启动时需要很大的力矩。由于变频器具有很
好的低速扭矩特性,可以提供空预器所需的大启动
% j3 e( b+ Y' K1 ^; g. c6 c" z: r力矩。因此,中心驱动的空预器必须采用变频器作
为软启动器。空预器正常工作时为定速运行,不需
' n% k9 G* t, Y8 x4 Q* d+ p- h' X要调速,变频器的存在不但会增加电能损耗还会降
低空预器运行的可靠性。因此,空预器启动完成后就
遇到了如何将驱动电机由变频向工频切换的问题。
* t% u) l: p: H, ]( f& k7 _大功率三相异步电机变频-工频切换能否成功.
& b# N, ]9 h+ b: w' t的关键问题是在转换的瞬间工频电源和变频电源相

位是否一致。如果相差较大，电机的反电势与电网
电压叠加后,会形成很大的冲击电流。当变频器输
出电压与电网电压的相位差为180°时,情况最为严
# [) O2 F3 w! h: x; R重1-41。这不仅达不到软启动的效果还会引起电源跳
, G  \9 q0 e2 R: k# B& X# O- J8 a闸,影响电网上其他设备的正常工作，严重时甚至会
损坏机械设备。
) Z" f1 S6 z0 R8 i因难以保证切换瞬间2个电势同相位要求,工
程实践中常采用延时切换方法以避免因相位差引
起的电流冲击问题。然而，空预器运行中摩擦阻力较
大,一旦脱开驱动电源,其转速将迅速下降,3s内
9 _& w9 {% u, Y! a( L$ c约下降5~10Hz。当延时结束工频电源接人电机时,
由于较大的转速差仍会造成切换冲击,容易引起连
9 P4 a3 S) x/ C  O9 V6 D7 {3 v9 g轴器等机械设备的冲击损坏。现场观察,空预器在
延时切换的过程中驱动机构有强烈的震动。
1同步切换控制器设计思想
要实现空预器变频软启动的无扰切换,最好采
8 f. @( \$ {' N# h6 H/ D用同步切换技术。文献[2]通过调节变频器的输出电
压调整相位,同时检测变频器输出侧与电网侧对应
相间的电压,当其最小时视为同相，这种方法虽可在
一定程度上减小切换时的冲击,但这种试凑法无法
对工频相位进行实时跟踪,切换的可靠性难以保证;
文献[5-6]利用锁相技术,开发出相应的同步切换装
置,取得了比较满意的效果。文献[5]采用集成锁相
环芯片实现锁相控制，用单片机对同步切换操作进
, L& Q5 k& Z; r4 D6 U行控制;文献[6]利用双D触发器、U/f变换器、可控
电子开关等外围硬件电路及单片机共同组成鉴相电
; Q( i9 R' Q) g6 T: E路,并在单片机内用软件进行锁相控制。
9 K! O* X" J, {5 C本文设计了一种以Cygnal公司高性能单片机
  E& Q" [, ]+ \! [C8051F为核心的切换控制器。该控 制器以变频器作
为压控振荡器(VCO),利用软件锁相技术,将鉴相、

7 K! p+ E& `; K2 E/ _

附件下载：

游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复

- P. Y( Z' ^8 Z2 j

一盆绿箩

用单片机对同步切换操作进行控制