CN103546071A - 一种水泥旋窑生产线管道中高温风机过流跳停的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种水泥旋窑生产线管道中高温风机过流跳停的控制方法，为：首先通过电流传感器检测出高温电机的两相电流，经过坐标变换，将检测电流分解得到瞬时有功电流和瞬时无功电流；然后，利用PI调节器对瞬时无功电流进行控制以防止变频器因负载变化而发生过流保护；当高温电机输出电流的幅值高于设定值时，控制变频器迅速降频，等电流恢复正常后再将频率升至给定频率。本发明具有原理简单、控制方便、可靠性好、控制精度高等优点。

Description

一种水泥旋窑生产线管道中高温风机过流跳停的控制方法

技术领域

本发明主要涉及到水泥旋窑中的电机控制领域，特指一种用来解决高压变频器在水泥行业高温风机管道塌料时所发生问题的控制方法。

背景技术

目前，水泥行业的竞争非常激烈，但关键还是制造成本的竞争，而电动机电耗占成本近30%，拖动风机用的高压电动机在电机中占有很大的比重。因此，做好电动机的降耗增效工作就显得极为重要。

当前，很多水泥厂的风机“大马拉小车”现象严重，利用变频调速技术改变设备的运行速度，以调节风量的大小，既能满足生产要求，又可达到节约电能的作用；同时还能减少因调节挡板而造成挡板和管道的磨损、及经常停机检修所造成的经济损失。根据具体情况，风机进行变频改造后，节电率在30-50%，通常1.5一2年便可收回投资。高压变频调速技术已广泛应用于新型干法水泥生产线的6个工艺位置的风机，即：①生料磨循环风机、②煤磨循环风机、③窑头排风机、④窑尾高温风机、⑤窑尾排风机、⑥水泥磨循环风机。

其中，在窑尾高温风机变频改造的应用过程中，由于“塌料”现象的频繁出现，将会引起高压变频器经常出现过流跳停，直接影响到生产线的正常运行。该现象如果频繁出现还会对高温风机的电动机造成损坏。

高温风机由于“塌料”导致的过负荷的原因是：预热器管壁上的粉尘粘附到一定厚度时就会坍塌脱落，造成管道内粉尘浓度增大，阻力增加，负压升高，使排风机负荷增加；如果垂直烟道或预热器内在结皮或有物料塌料时，同样也会造成气流波动，使排风管内气流紊乱，造成高压变频器负载骤然增大，从而出现过流保护。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、控制方便、可靠性好、控制精度高的水泥旋窑生产线管道中高温风机过流跳停的控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种水泥旋窑生产线管道中高温风机过流跳停的控制方法，为：首先通过电流传感器检测出高温电机的两相电流，经过坐标变换，将检测电流分解得到瞬时有功电流和瞬时无功电流；然后，利用PI调节器对瞬时无功电流进行控制以防止变频器因负载变化而发生过流保护；当高温电机输出电流的幅值高于设定值时，控制变频器迅速降频，等电流恢复正常后再将频率升至给定频率。

作为本发明的进一步改进：

具体流程为：

（1）、通过电流传感器得到的电流首先经过a-b-c坐标系到固定α-β坐标系的3-2变换：

$\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}}\\ i_{\mathrm{\β}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\sqrt{\frac{3}{2}}& 0\\ \frac{1}{\sqrt{2}}& \sqrt{2}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\end{array}\right)---\left(1\right)$

其中，i_α、i_β为固定α-β坐标系下的瞬时电流；i_a、i_b为a-b-c坐标系下的瞬时电流；

（2）、固定α-β坐标系下的瞬时电流i_α、i_β通过坐标变化得到瞬时无功电流i_d和瞬时有功电流i_q，其中θ是旋转d-q坐标系和固定α-β坐标系的夹角，旋转变换为：

$\left(\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\sin \mathrm{\θ}& -\cos \mathrm{\θ}\\ \cos \mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}\end{array}\right)---\left(2\right)$

（3）、给定的无功电流参考值i_dref通过电机额定转速下的空载试验得到；由瞬时无功电流i_d和瞬时有功电流i_q得到瞬时电流幅值：

$I=\sqrt{{i_d}^2+{i_q}^2}---\left(3\right)$

（4）、以无功电流为控制量、输出电压为被控量，通过PI闭环调节器的控制对输出电流进行限幅以防止过流保护；

（5）、当瞬时电流幅值I高于预设值，则降低频率F；

（6）、输出电流幅值降到允许水平之后，输出频率保持一段时间，随后再恢复至给定频率稳定运行。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的高温风机管道塌料控制方法，无需额外增加任何硬件，通过电流传感器检测出电机的两相电流，经过一系列的计算，根据计算结果控制变频器的输出频率及输出电压，系统响应速度快，且鲁棒性好，对电机参数不敏感。

2、本发明是基于通用变频器的控制方法，该方法在VVVF控制的基础上加入的新型的电流反馈控制，与此同时对频率进行控制。该控制方法通过电流传感器检测电机的瞬时无功电流，对总电流进行限幅；并同时降低输出频率，以减小负载功率。

附图说明

图1是本发明方法的控制原理示意图。

图2是本发明在具体应用时进行3-2坐标系变换的示意图。

图3是本发明在具体应用时进行旋转坐标变换的示意图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的一种水泥旋窑生产线管道中高温风机过流跳停的控制方法，可对电流及频率同时进行控制。其方法为：首先，通过电流传感器检测出高温电机的两相电流，经过坐标变换，将检测电流分解得到瞬时有功电流和瞬时无功电流；然后，利用PI调节器对瞬时无功电流进行控制，防止变频器因负载变化而发生过流保护；同时，当高温电机输出电流的幅值高于设定值时，控制变频器迅速降频，等电流恢复正常后再将频率升至给定频率。本发明是用来解决高压变频器在水泥行业高温风机管道塌料时所发生问题的控制方法，即是在变频器负载出现突然波动时，首先根据无功电流的大小控制变频器输出电压，从而限制电流的幅值；同时，利用风机类负载功率与转速三次方成正比的特性，快速降低变频器输出频率，有效地降低高温风机功率，使变频器能稳定通过“塌料”这段时间，随后再恢复至给定频率正常运行。

在具体应用实例中，详细步骤为：

（1）、通过电流传感器得到的电流首先经过a-b-c坐标系到固定α-β坐标系的3-2变换（参见图2）：

$\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}}\\ i_{\mathrm{\β}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\sqrt{\frac{3}{2}}& 0\\ \frac{1}{\sqrt{2}}& \sqrt{2}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\end{array}\right)---\left(1\right)$

其中，i_α、i_β为固定α-β坐标系下的瞬时电流；i_a、i_b为a-b-c坐标系下的瞬时电流；

（2）、固定α-β坐标系下的瞬时电流i_α、i_β通过坐标变化得到瞬时无功电流i_d和瞬时有功电流i_q，其中θ是旋转d-q坐标系和固定α-β坐标系的夹角，旋转变换为（参见图3）：

$\left(\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\sin \mathrm{\θ}& -\cos \mathrm{\θ}\\ \cos \mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}\end{array}\right)---\left(2\right)$

（3）、给定的无功电流参考值i_dref通过电机额定转速下的空载试验得到。由瞬时无功电流i_d和瞬时有功电流i_q可以得到瞬时电流幅值：

$I=\sqrt{{i_d}^2+{i_q}^2}---\left(3\right)$

（4）、以无功电流为控制量、输出电压为被控量，通过PI闭环调节器的控制对输出电流进行限幅，从而防止过流保护。

（5）、当瞬时电流幅值I高于预设值，则降低频率F。由于风机类负载功率是与转速的三次方成正比关系，通过降速可大幅降低风机的功率，即可有效地降低变频器输出电流。

（6）、输出电流幅值降到允许水平之后，输出频率保持一段时间，随后再恢复至给定频率稳定运行。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种水泥旋窑生产线管道中高温风机过流跳停的控制方法，其特征在于，首先通过电流传感器检测出高温电机的两相电流，经过坐标变换，将检测电流分解得到瞬时有功电流和瞬时无功电流；然后，利用PI调节器对瞬时无功电流进行控制以防止变频器因负载变化而发生过流保护；当高温电机输出电流的幅值高于设定值时，控制变频器迅速降频，等电流恢复正常后再将频率升至给定频率。

2.根据权利要求1所述的水泥旋窑生产线管道中高温风机过流跳停的控制方法，其特征在于，具体流程为：

（1）、通过电流传感器得到的电流首先经过a-b-c坐标系到固定α-β坐标系的3-2变换：

$\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}}\\ i_{\mathrm{\β}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\sqrt{\frac{3}{2}}& 0\\ \frac{1}{\sqrt{2}}& \sqrt{2}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\end{array}\right)---\left(1\right)$

其中，i_α、i_β为固定α-β坐标系下的瞬时电流；i_a、i_b为a-b-c坐标系下的瞬时电流；

（2）、固定α-β坐标系下的瞬时电流i_α、i_β通过坐标变化得到瞬时无功电流i_d和瞬时有功电流i_q，其中θ是旋转d-q坐标系和固定α-β坐标系的夹角，旋转变换为：

$\left(\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\sin \mathrm{\θ}& -\cos \mathrm{\θ}\\ \cos \mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}\end{array}\right)---\left(2\right)$

（3）、给定的无功电流参考值i_dref通过电机额定转速下的空载试验得到；由瞬时无功电流i_d和瞬时有功电流i_q得到瞬时电流幅值：

$I=\sqrt{{i_d}^2+{i_q}^2}---\left(3\right)$

（4）、以无功电流为控制量、输出电压为被控量，通过PI闭环调节器的控制对输出电流进行限幅以防止过流保护；

（5）、当瞬时电流幅值I高于预设值，则降低频率F；

（6）、输出电流幅值降到允许水平之后，输出频率保持一段时间，随后再恢复至给定频率稳定运行。

Images