隨水溫自動(dòng)調(diào)節(jié)散熱風(fēng)量柴油發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)

引言

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

隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高,變頻器也得到了越來越廣泛的應(yīng)用,變頻器的量產(chǎn)化也大大降低了變頻器的價(jià)格,提高了其性價(jià)比。為了保證發(fā)電機(jī)組的可靠散熱,散熱風(fēng)扇在設(shè)計(jì)配用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)時(shí),會(huì)留有一定的富余量。發(fā)電機(jī)組正常使用時(shí),并不會(huì)經(jīng)常滿載使用,此時(shí)就不需要散熱風(fēng)機(jī)繼續(xù)全速運(yùn)轉(zhuǎn)來降低發(fā)電機(jī)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(fèi)。當(dāng)使用變頻器調(diào)速時(shí),就可以根據(jù)發(fā)電機(jī)組水溫來實(shí)時(shí)改變散熱風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,使散熱風(fēng)機(jī)不必一直處于全速狀態(tài),能達(dá)到節(jié)能減排的效果。

1隨水溫自動(dòng)調(diào)節(jié)散熱風(fēng)量柴油發(fā)電機(jī)組的信號(hào)采集變送方案

1.1柴油發(fā)電機(jī)組對水溫的要求

機(jī)組節(jié)溫器打開的水溫值:83℃:

機(jī)組水溫預(yù)警值:95℃:

機(jī)組水溫報(bào)警停機(jī)值:98℃。

為保證柴油發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行,機(jī)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(shè)定當(dāng)機(jī)組水溫在80℃以下時(shí),散熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)速為零:當(dāng)機(jī)組水溫達(dá)到92℃時(shí),機(jī)組散熱風(fēng)扇也隨之升至全速運(yùn)行。

1.2機(jī)組水溫的采集變送方案

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

然后,機(jī)組控制裝置通過信號(hào)處理,將機(jī)組水溫信號(hào)變送為4～20mA電流信號(hào)傳輸給變頻器,電流信號(hào)4～20mA對應(yīng)機(jī)組水溫范圍為80～92℃,其信號(hào)曲線如圖2所示。

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

2隨水溫自動(dòng)調(diào)節(jié)散熱風(fēng)量柴油發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1柴油發(fā)電機(jī)組隨水溫自動(dòng)調(diào)節(jié)散熱風(fēng)量的流程

如圖4所示,隨機(jī)組水溫自動(dòng)調(diào)節(jié)散熱風(fēng)量的流程如下:

（1）發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行,若有異常,則重新排查啟動(dòng)直至運(yùn)行正常,此時(shí)機(jī)組控制裝置檢測到發(fā)電機(jī)組運(yùn)行正常,則發(fā)送運(yùn)行中信號(hào)給變頻器,變頻器切換至"RUN"狀態(tài)。

（2）機(jī)組運(yùn)行正常的同時(shí),機(jī)組控制裝置通過溫度傳感器檢測發(fā)電機(jī)組的水溫,若未達(dá)到預(yù)設(shè)啟動(dòng)散熱風(fēng)扇值,則繼續(xù)檢測:若達(dá)到預(yù)設(shè)啟動(dòng)散熱風(fēng)扇值,則變頻器開始輸出散熱風(fēng)機(jī)電源,散熱風(fēng)扇隨之開始轉(zhuǎn)動(dòng)。

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

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

2.2隨機(jī)組水溫自動(dòng)調(diào)節(jié)散熱風(fēng)量的電氣原理設(shè)計(jì)

隨機(jī)組水溫自動(dòng)調(diào)節(jié)散熱風(fēng)量的電氣控制部分主要由機(jī)組水溫傳感器、機(jī)組控制裝置、空氣開關(guān)、變頻器、散熱風(fēng)扇組成。整體電氣原理圖設(shè)計(jì)如圖5所示。變頻器是該方案的核心部分,它是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù),通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)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(hào)來調(diào)節(jié)電機(jī)需求電源,進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的。另外,變頻器還有很多保護(hù)功能,如過流、過壓、過載保護(hù)等等。變頻器選用的是臺(tái)達(dá)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(dòng)技術(shù),具有多元化的驅(qū)動(dòng)控制及模塊化設(shè)計(jì)、豐富的產(chǎn)業(yè)應(yīng)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(fēng)機(jī)、水泵、電梯起重行業(yè)等。

本設(shè)計(jì)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處,提供一種適用于大功率風(fēng)冷機(jī)組冷卻系統(tǒng)風(fēng)扇水箱的散熱風(fēng)扇裝置,應(yīng)用信號(hào)采集、信號(hào)處理、信號(hào)轉(zhuǎn)換、變頻調(diào)速等核心技術(shù)消除傳統(tǒng)機(jī)組散熱系統(tǒng)中散熱風(fēng)機(jī)啟停不受控制、散熱風(fēng)機(jī)開啟后便全速運(yùn)行、散熱風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不受機(jī)組溫度控制等缺點(diǎn)。

隨機(jī)組水溫自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量的散熱風(fēng)扇系統(tǒng)包括:機(jī)組水溫傳感器、機(jī)組控制裝置、空氣開關(guān)、變頻器、散熱風(fēng)扇。散熱系統(tǒng)的電源來源為發(fā)電機(jī)組的自發(fā)電,變頻器的運(yùn)行信號(hào)和頻率設(shè)定信號(hào)均來自機(jī)組控制裝置。機(jī)組水溫通過溫度傳感器轉(zhuǎn)換為電阻信號(hào)傳輸給機(jī)組控制裝置,機(jī)組控制裝置再將水溫電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20mA模擬量信號(hào)發(fā)給變頻器,變頻器根據(jù)4～20mA信號(hào)調(diào)節(jié)散熱風(fēng)扇電機(jī)電源的電壓,從而調(diào)節(jié)散熱風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,最終達(dá)到調(diào)節(jié)散熱風(fēng)扇風(fēng)量的目的。

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

散熱風(fēng)扇隨著變頻器輸出的風(fēng)機(jī)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(fēng)量。本設(shè)計(jì)可通過對應(yīng)不同功率的發(fā)電機(jī)組選擇相應(yīng)功率的散熱風(fēng)機(jī)和變頻器,實(shí)現(xiàn)風(fēng)冷發(fā)電機(jī)組的散熱系統(tǒng)自啟動(dòng)及散熱風(fēng)扇隨機(jī)組水溫調(diào)節(jié)風(fēng)量,具有可擴(kuò)展性。

3結(jié)語

此次研發(fā)設(shè)計(jì)的隨水溫自動(dòng)調(diào)節(jié)散熱風(fēng)量柴油發(fā)電機(jī)組主要是用作電力系統(tǒng)、智能大廈、通信基站等的應(yīng)急備用電源。試驗(yàn)現(xiàn)場調(diào)試結(jié)果表明,機(jī)組各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)組采用智能控制,實(shí)現(xiàn)了散熱系統(tǒng)的自動(dòng)化控制,提高了工作效率:機(jī)組水溫信號(hào)的采集、傳送及輸出都是連續(xù)信號(hào),使得散熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)速可以平緩連續(xù)地變化,避免了風(fēng)扇轉(zhuǎn)速突加、突減給風(fēng)扇帶來的損傷:采用變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)了散熱風(fēng)機(jī)的軟啟動(dòng),避免了直接啟動(dòng)、啟動(dòng)電流較大對散熱風(fēng)機(jī)造成損傷:機(jī)組使用變頻器給散熱風(fēng)機(jī)提供了諸多保護(hù),如過電壓、缺相、過載、防反轉(zhuǎn)保護(hù)等等:避免了散熱風(fēng)機(jī)長期全速運(yùn)行,節(jié)能效果明顯,并且可以相應(yīng)減少機(jī)組尾氣的排放。與市場同類產(chǎn)品相比,該設(shè)計(jì)為散熱風(fēng)機(jī)提供了更全面的保護(hù),且具有節(jié)能減排的特點(diǎn),能可靠地為電力系統(tǒng)、智能大廈、通信基站等場合供電。