隨水溫自動調(diào)節(jié)散熱風量柴油發(fā)電機組的設計

引言

由于用電需求的強勁增長和電力發(fā)展的滯后,當前供需矛盾突出,大功率發(fā)電機組作為應急備用電源,在電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公共設施、智能大廈、通信基站等領域得到了廣泛應用。隨著機組功率的不斷加大提升,風扇電機的功率也越來越大,機組的散熱系統(tǒng)變得越來越重要。風扇水箱是風冷機組冷卻系統(tǒng)的重要組成部分,更準確、更智能地控制風扇水箱散熱風扇的風量,可以提升發(fā)電機組的整體性能,并達到節(jié)能的效果。

隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高,變頻器也得到了越來越廣泛的應用,變頻器的量產(chǎn)化也大大降低了變頻器的價格,提高了其性價比。為了保證發(fā)電機組的可靠散熱,散熱風扇在設計配用動力驅(qū)動時,會留有一定的富余量。發(fā)電機組正常使用時,并不會經(jīng)常滿載使用,此時就不需要散熱風機繼續(xù)全速運轉(zhuǎn)來降低發(fā)電機組水溫,多余的力矩增加了有功功率的消耗,造成了電能的浪費。當使用變頻器調(diào)速時,就可以根據(jù)發(fā)電機組水溫來實時改變散熱風機的轉(zhuǎn)速,使散熱風機不必一直處于全速狀態(tài),能達到節(jié)能減排的效果。

1隨水溫自動調(diào)節(jié)散熱風量柴油發(fā)電機組的信號采集變送方案

1.1柴油發(fā)電機組對水溫的要求

機組節(jié)溫器打開的水溫值:83℃:

機組水溫預警值:95℃:

機組水溫報警停機值:98℃。

為保證柴油發(fā)電機組正常運行,機組水溫不能太低也不宜過高,為維持水溫在某一范圍之內(nèi),暫設定當機組水溫在80℃以下時,散熱風扇轉(zhuǎn)速為零:當機組水溫達到92℃時,機組散熱風扇也隨之升至全速運行。

1.2機組水溫的采集變送方案

首先,將機組水溫溫度模擬量信號通過vDo120℃電阻型溫度傳感器傳送給機組控制裝置,其信號曲線如圖1所示。

然后,機組控制裝置通過信號處理,將機組水溫信號變送為4～20mA電流信號傳輸給變頻器,電流信號4～20mA對應機組水溫范圍為80～92℃,其信號曲線如圖2所示。

最后,變頻器將接收到的4～20mA電流信號作為變頻器的控制輸入信號,對應控制散熱風機電源頻率在0～60Hz范圍內(nèi)變動,從而實現(xiàn)散熱風機的轉(zhuǎn)速從0到100%隨機組水溫變化而變化,其信號曲線圖如圖3所示。

2隨水溫自動調(diào)節(jié)散熱風量柴油發(fā)電機組系統(tǒng)設計方案

2.1柴油發(fā)電機組隨水溫自動調(diào)節(jié)散熱風量的流程

如圖4所示,隨機組水溫自動調(diào)節(jié)散熱風量的流程如下:

（1）發(fā)電機組啟動運行,若有異常,則重新排查啟動直至運行正常,此時機組控制裝置檢測到發(fā)電機組運行正常,則發(fā)送運行中信號給變頻器,變頻器切換至"RUN"狀態(tài)。

（2）機組運行正常的同時,機組控制裝置通過溫度傳感器檢測發(fā)電機組的水溫,若未達到預設啟動散熱風扇值,則繼續(xù)檢測:若達到預設啟動散熱風扇值,則變頻器開始輸出散熱風機電源,散熱風扇隨之開始轉(zhuǎn)動。

(3）若機組溫度上升,機組控制裝置輸出給變頻器的4～20mA電流信號增大,變頻器輸出電源頻率、電壓升高,散熱風機轉(zhuǎn)速加快,最終散熱系統(tǒng)風量增大。

(4）若機組溫度下降,機組控制裝置輸出給變頻器的4～20mA電流信號減小,變頻器輸出電源頻率、電壓降低,散熱風機轉(zhuǎn)速減慢,最終散熱系統(tǒng)風量減小。

2.2隨機組水溫自動調(diào)節(jié)散熱風量的電氣原理設計

隨機組水溫自動調(diào)節(jié)散熱風量的電氣控制部分主要由機組水溫傳感器、機組控制裝置、空氣開關、變頻器、散熱風扇組成。整體電氣原理圖設計如圖5所示。變頻器是該方案的核心部分,它是應用變頻技術與微電子技術,通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率,根據(jù)外部信號來調(diào)節(jié)電機需求電源,進而達到節(jié)能、調(diào)速的目的。另外,變頻器還有很多保護功能,如過流、過壓、過載保護等等。變頻器選用的是臺達VFD一C2000系列,本系列采用以F0C控制為核心的高效能變頻驅(qū)動技術,具有多元化的驅(qū)動控制及模塊化設計、豐富的產(chǎn)業(yè)應用功能及簡易維修、低故障率的自我診斷特色,適用于大型風機、水泵、電梯起重行業(yè)等。

本設計的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足之處,提供一種適用于大功率風冷機組冷卻系統(tǒng)風扇水箱的散熱風扇裝置,應用信號采集、信號處理、信號轉(zhuǎn)換、變頻調(diào)速等核心技術消除傳統(tǒng)機組散熱系統(tǒng)中散熱風機啟停不受控制、散熱風機開啟后便全速運行、散熱風機的轉(zhuǎn)速不受機組溫度控制等缺點。

隨機組水溫自動調(diào)節(jié)風量的散熱風扇系統(tǒng)包括:機組水溫傳感器、機組控制裝置、空氣開關、變頻器、散熱風扇。散熱系統(tǒng)的電源來源為發(fā)電機組的自發(fā)電,變頻器的運行信號和頻率設定信號均來自機組控制裝置。機組水溫通過溫度傳感器轉(zhuǎn)換為電阻信號傳輸給機組控制裝置,機組控制裝置再將水溫電阻信號轉(zhuǎn)換成4～20mA模擬量信號發(fā)給變頻器,變頻器根據(jù)4～20mA信號調(diào)節(jié)散熱風扇電機電源的電壓,從而調(diào)節(jié)散熱風機的轉(zhuǎn)速,最終達到調(diào)節(jié)散熱風扇風量的目的。

機組水溫傳感器能實現(xiàn)將機組冷卻水溫度值轉(zhuǎn)化為電阻信號。機組控制裝置能實現(xiàn)機組水溫傳感器電阻信號的采集、處理,轉(zhuǎn)化為4～20mA電流模擬量信號發(fā)送至變頻器,并對單臺機組進行控制,檢測機組電壓、電流、轉(zhuǎn)速、功率、油壓、水溫等數(shù)據(jù),將機組運行中信號發(fā)送至變頻器作為"RUN"運行觸發(fā)信號?？諝忾_關能實現(xiàn)散熱系統(tǒng)電源隔離,并提供散熱系統(tǒng)的短路保護。變頻器通過接收機組控制裝置發(fā)送過來的運行中信號,自動運行變頻器,并根據(jù)機組控制裝置處理轉(zhuǎn)化而來的4～20mA電流模擬量信號,改變散熱風機電源的頻率和電壓。變頻器還可以實現(xiàn)散熱風機的軟啟動,避免直接啟動電流較大對散熱風機造成損傷,并為散熱風機提供過電壓、缺相、過載、防反轉(zhuǎn)等保護。

散熱風扇隨著變頻器輸出的風機電源頻率和電壓的改變而改變轉(zhuǎn)速,為水箱散熱系統(tǒng)提供合適大小的風量。本設計可通過對應不同功率的發(fā)電機組選擇相應功率的散熱風機和變頻器,實現(xiàn)風冷發(fā)電機組的散熱系統(tǒng)自啟動及散熱風扇隨機組水溫調(diào)節(jié)風量,具有可擴展性。

3結(jié)語

此次研發(fā)設計的隨水溫自動調(diào)節(jié)散熱風量柴油發(fā)電機組主要是用作電力系統(tǒng)、智能大廈、通信基站等的應急備用電源。試驗現(xiàn)場調(diào)試結(jié)果表明,機組各項性能指標均達到或優(yōu)于設計標準。機組采用智能控制,實現(xiàn)了散熱系統(tǒng)的自動化控制,提高了工作效率:機組水溫信號的采集、傳送及輸出都是連續(xù)信號,使得散熱風扇轉(zhuǎn)速可以平緩連續(xù)地變化,避免了風扇轉(zhuǎn)速突加、突減給風扇帶來的損傷:采用變頻調(diào)速技術實現(xiàn)了散熱風機的軟啟動,避免了直接啟動、啟動電流較大對散熱風機造成損傷:機組使用變頻器給散熱風機提供了諸多保護,如過電壓、缺相、過載、防反轉(zhuǎn)保護等等:避免了散熱風機長期全速運行,節(jié)能效果明顯,并且可以相應減少機組尾氣的排放。與市場同類產(chǎn)品相比,該設計為散熱風機提供了更全面的保護,且具有節(jié)能減排的特點,能可靠地為電力系統(tǒng)、智能大廈、通信基站等場合供電。