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
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
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
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
; K3 }9 \' v* O6 }& ?  x( O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
& c8 O% K" A# u. w1 c- b+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。
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: v' Z) [7 V6 T$ J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

* \" c; o) a. V0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,
3 k' N2 E3 V  R9 _; O; g用来回收废烟气中的残余热量,其主体是一个转动
' Y, x0 X) j% U1 @1 T4 x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
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
增加1%。为了进一步降低空预器的漏风率,近年来
各空预器制造厂家纷纷取消了安装在空预器周向
- R6 y7 w- G: k5 A的驱动围带,改用中心轴驱动方式。
: J7 v& I4 G- Z. ~4 Y6 ^" Q采用中心轴驱动方式后传动力臂减小，空预器.
驱动机构的输出力矩增大了数十倍。同时,近年来
% ?0 u9 m3 C' l3 n) v$ ~' C火电机组容量不断提高,空预器的转动惯量也随换
1 A' W( n! l0 c# V0 \8 h) {热量的提高而成倍增加。因此,原有的直接启动方
式已经不能满足中心驱动式大容量空预器的使用要
! u6 d" n+ V& l. F" D求。为避免过大的启动冲击损坏设备、干扰电网,必
' F6 i. b0 J6 d: {. I5 }1 e须考虑合适的电机软启动方法。
因为空预器属于重载设备,受惯性和摩擦力的
* d! ?, s" J8 s5 s% @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
( n/ F9 R- s1 ?2 B3 f9 J力矩。因此,中心驱动的空预器必须采用变频器作
! N5 w& k$ z( R) ^( Y为软启动器。空预器正常工作时为定速运行,不需
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
* S6 `! z& u: D+ u1 b( N遇到了如何将驱动电机由变频向工频切换的问题。
大功率三相异步电机变频-工频切换能否成功.
9 T7 ^8 {. D' Q1 Y的关键问题是在转换的瞬间工频电源和变频电源相

( P# Y: g1 G# Y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
重1-41。这不仅达不到软启动的效果还会引起电源跳
闸,影响电网上其他设备的正常工作，严重时甚至会
- Q2 t; t4 W4 z- Q损坏机械设备。
+ x8 f% d5 J2 U$ \9 `0 R+ u因难以保证切换瞬间2个电势同相位要求,工
( U1 K* w+ c% k$ F2 @程实践中常采用延时切换方法以避免因相位差引
& w) T& I  D6 ]/ N起的电流冲击问题。然而，空预器运行中摩擦阻力较
/ r! K. f4 Q. W& P1 v3 J0 t9 I大,一旦脱开驱动电源,其转速将迅速下降,3s内
约下降5~10Hz。当延时结束工频电源接人电机时,
0 H  t% \1 |2 B$ ?, i由于较大的转速差仍会造成切换冲击,容易引起连
% u; _" E! E5 _8 i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。
" E4 ?( R7 e: C. Y+ V& {0 ^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
3 E0 n4 Y* r* w+ @& p( k2 a用同步切换技术。文献[2]通过调节变频器的输出电
' Y" A2 [1 c. b1 N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;
( `; v/ A+ A2 k  m文献[5-6]利用锁相技术,开发出相应的同步切换装
  c/ S( q. H6 Z1 t! v6 G3 ?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
2 A" ^4 w$ i( t% ~. m行控制;文献[6]利用双D触发器、U/f变换器、可控
# {7 X+ t  O( q) J9 v( W  y( _电子开关等外围硬件电路及单片机共同组成鉴相电
路,并在单片机内用软件进行锁相控制。
4 D9 l1 d. p. W$ q9 Z* A本文设计了一种以Cygnal公司高性能单片机
9 R8 X  P8 e+ X$ `7 cC8051F为核心的切换控制器。该控 制器以变频器作
( u5 J2 O: S3 N! T1 v8 N. l为压控振荡器(VCO),利用软件锁相技术,将鉴相、
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一盆绿箩

用单片机对同步切换操作进行控制