摘  要：本文主要介紹了利用汽輪機(jī)凝汽器循環(huán)水余熱作為采暖供熱介質(zhì)，循環(huán)汽泵尾部排汽再利用，以及循環(huán)電動(dòng)泵的變預(yù)調(diào)速裝五在供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用，并分析了它們的節(jié)能原理和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。 
       關(guān)鍵詞：新波內(nèi)情調(diào)速電機(jī)；析波內(nèi)饋控制裝五；汽輪機(jī)；循環(huán)水供熱系統(tǒng) 
       1　引言 
       在城市民用采暖系統(tǒng)中，一般采用過熱蒸汽通過換熱器將供熱介質(zhì)加熱的方式。本方案利用汽輪機(jī)凝汽器循環(huán)水作為采暖供熱介質(zhì)，充分利用了汽輪機(jī)循環(huán)水余熱，達(dá)到了節(jié)省能源的目的。通過適當(dāng)犧牲凝汽器真空的方法，提高循環(huán)水溫度，經(jīng)供熱旁路提供民用采暖供熱，或經(jīng)加熱器進(jìn)一步提升溫度，然后再供熱給用戶。目前，在熱電行業(yè)中，這種供熱方式還處于發(fā)展階段。 
       2  循環(huán)水供熱系統(tǒng)方案的選擇 
       為了充分利用廢棄能源，提高經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，經(jīng)廠專家組研究分析，利用汽輪機(jī)凝汽器循環(huán)水余熱作為采暖供熱介質(zhì)，供熱面積可達(dá)100多萬m2。在本方案中，采用兩路供熱方式：一路是在環(huán)境溫度較高的情況下，直接利用60一70℃循環(huán)水，通過供熱旁路進(jìn)行采暖供熱；另一路是在環(huán)境溫度較低的情況下，通過加熱器進(jìn)一步提升溫度，然后再供熱給用戶。循環(huán)水供熱系統(tǒng)如圖1所示。

圖1汽輪機(jī)循環(huán)水供熱系統(tǒng) 

       

3   斬波內(nèi)饋調(diào)速系統(tǒng)簡介 
       ZNT - 2000型斬波內(nèi)饋交流調(diào)速系統(tǒng)是一種適用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載節(jié)能降耗的新型高壓交流調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由YQT型斬波內(nèi)饋調(diào)速電機(jī)和ZNK斬波控制裝置組成。斬波內(nèi)饋是基于轉(zhuǎn)子調(diào)速控制的調(diào)速，是一種利用低電壓（通常約為220-500V）控制高壓（6一lOkV）的合理方案。該系統(tǒng)原理新穎、性能先進(jìn)、具有調(diào)速平滑、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、成本低等特點(diǎn)，較常規(guī)變頻調(diào)速系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)。調(diào)速系統(tǒng)原理如圖2所示。 
       根據(jù)電機(jī)調(diào)速的功率控制原理，內(nèi)饋調(diào)速的實(shí)質(zhì)是在于將轉(zhuǎn)子的部分電磁功率移出，使余下的轉(zhuǎn)子功率轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率，因此移出的功率越多，轉(zhuǎn)化的機(jī)械功率越少，電機(jī)轉(zhuǎn)速就越低。因此，改變移出功率的大小，就可控制輸出機(jī)械功率的大小，從而調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。斬波內(nèi)饋調(diào)速的能量原理如圖3所示。

圖2斬波內(nèi)饋交流調(diào)速系統(tǒng)原理 
      

 圖3中轉(zhuǎn)子功率圓斜線右邊部分表示移出功率。它通過電機(jī)的內(nèi)饋繞組送回定子，以提高效率。內(nèi)饋電機(jī)設(shè)置了內(nèi)饋繞組，目的是接收從轉(zhuǎn)子移出的功率。在接收移出功率的同時(shí)，又將移出功率送還給定子。定子繞組功率P，二P em一P3 = Pm，即定子繞組供出的只是機(jī)械功率，在調(diào)速時(shí)機(jī)械功率圓面積越小、定子功率圓面積就越小，電機(jī)就可實(shí)現(xiàn)高效率的節(jié)能運(yùn)行。

圖3內(nèi)饋調(diào)速功率圓示意圖4斬波內(nèi)饋調(diào)速控制方案 
       

在該供熱系統(tǒng)中，選擇6kV, 450kW ( YQT2 -450一8)的高壓電動(dòng)機(jī)作為調(diào)速電機(jī)。以循環(huán)電動(dòng)泵作為供熱動(dòng)力，通過斬波內(nèi)饋裝置調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)介質(zhì)恒壓供熱，供熱介質(zhì)壓力設(shè)定在0.6一0. 7MPa之間，能夠滿足一般城市居民的供熱要求。對(duì)于樓層較高的居民，可通過二級(jí)加壓的方法進(jìn)一步提高介質(zhì)壓力，以便滿足樓層要求。 
       斬波內(nèi)饋調(diào)速控制器作為恒壓供熱控制系統(tǒng)的核心，要完成對(duì)系統(tǒng)所有輸入信號(hào)的采集、所有輸出單元的控制、所有控制流程的實(shí)現(xiàn)以及控制算法的實(shí)現(xiàn)，等等。調(diào)速控制器采用PID控制算法，它是應(yīng)用最廣泛的一種自動(dòng)控制器，具有原理簡單、易于實(shí)現(xiàn)、參數(shù)整定方便、結(jié)構(gòu)改變靈活、適用性強(qiáng)、魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于大多數(shù)控制對(duì)象都能獲得滿意的控制效果。 
       在本系統(tǒng)中，由于控制過程對(duì)精度要求不高，但要求系統(tǒng)控制平穩(wěn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)不要頻繁動(dòng)作，故選用帶死區(qū)的PID增量式控制算法。所謂帶死區(qū)PID增量式控制算法，就是在計(jì)算機(jī)中人為地設(shè)置一個(gè)不靈敏區(qū)β，當(dāng)偏差的絕對(duì)值小于β時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生新的控制增量，控制量維持不變；當(dāng)偏差的絕對(duì)值大于β時(shí)，則進(jìn)行正常的PID增量式運(yùn)算后輸出。 
       4.1靳波內(nèi)饋調(diào)速控制器的硬件組成
斬波內(nèi)饋調(diào)速控制器硬件系統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)為控制核心，包括輸入通道、輸出通道、顯示鍵盤電路、電源電路。 
       AT89系列的單片機(jī)89C52為中心控制CPU,它以MCS - 51為內(nèi)核，與MCS - 51系列的軟硬件兼容。它體積小，使應(yīng)用更加靈活，時(shí)鐘頻率的提高可使運(yùn)算速度加快，在片內(nèi)有Flash存儲(chǔ)器（FPER-OM)，使調(diào)試開發(fā)更為方便。AT89系列的單片機(jī)是一種總線工業(yè)計(jì)算機(jī)，和IBM個(gè)人計(jì)算機(jī)在軟件上完全兼容。采用無源底板結(jié)構(gòu)，將主板模塊化，可以在故障時(shí)迅速替換，一般使用電子盤固化應(yīng)用程序，不使用機(jī)械盤運(yùn)行，還特殊設(shè)計(jì)了監(jiān)視跟蹤定時(shí)器，對(duì)于各種干擾造成的程序紊亂可在無人干預(yù)下自動(dòng)復(fù)位。控制器的控制核心的組成如圖4所示。

圖4控制器的控制核心組成框圖 

     

  4.21/0通道單元 
       (1)供熱母管壓力測量信號(hào)和供熱壓力給定信號(hào)通道 
       供熱母管壓力測量信號(hào)和供熱壓力給定信號(hào)為 模擬量輸入信號(hào)，硬件結(jié)構(gòu)如圖5所示。
        各組件介紹： 
        ①輸入級(jí)：R1為運(yùn)算放大器OP2B的輸入電阻，同時(shí)Rl和Cl組成模擬輸入信號(hào)的濾波電路，濾除公司壓力信號(hào)中的高頻干擾；二極管Dl起輸入嵌位作用，防止輸入模擬電壓過大；二極管D2起輸入反相保護(hù)，防止輸入模擬電壓為負(fù)信號(hào)。 
        ②隔離放大器：運(yùn)算放大器OP2B、電容C12、電阻R16, Rl7, Rl8、電位器W2和光電藕合器M02組成模擬信號(hào)的隔離放大電路；由于光電禍合器具有較大的非線性，直接傳送模擬量時(shí)，精度較差，而傳統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)電路和非線性補(bǔ)償電路既復(fù)雜又龐大，在一般的控制系統(tǒng)中不適用。 

        圖S模擬量輸入通道 
       

電位器W2和光電藕合器M02組成輸出級(jí)，M02A和M02B的初級(jí)串聯(lián)，共用一個(gè)激勵(lì)電流，假設(shè)為11, R17即為限流電阻。M02B和R18形成負(fù)反饋。假設(shè)M02A和M02B的電流非線性傳遞函數(shù)分別為Gl(11）和G2(I1)。則有 
       12＝Gl（11）；13＝G201） 
       對(duì)于放大器OP2B來說，根據(jù)理想運(yùn)算放大器的概念有如下關(guān)系 
       U1＝13 x R18；Uo＝12xW2 
       隔離放大器的增益為G= Uo/U,，即有G=KxGl/G2，其中K=W2/Rl8o
M02A和M02B為同一封裝的雙光電藕合器TLP521一2，因此可以認(rèn)為它們傳遞函數(shù)的溫度特性和電流非線性完全一致，即Gl=G2，所以G= K,常數(shù)K就為隔離放大器的電壓傳輸比。由于兩個(gè)光電藕合器是對(duì)稱的，一個(gè)作為輸出，一個(gè)作為反饋，補(bǔ)償了它們的非線性，又起到了模擬信號(hào)的隔離作用，能很好地隔離共模干擾。 
       由于光電禍合器初、次級(jí)之間存在傳輸延時(shí)，M02B和R18組成的負(fù)反饋電路反映延時(shí)，容易引
起自激，因此電容C12就是消除自激振蕩。 
        OA/D轉(zhuǎn)換器：采用ADC0809芯片，是8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速度快，可接收8路模擬量輸入信號(hào)，在程序控制下對(duì)任意通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到8位的二進(jìn)制數(shù)字量。 
       由于ADC0809片內(nèi)無時(shí)鐘，可利用單片機(jī)提供的地址鎖存信號(hào)ALE經(jīng)D觸發(fā)器二分頻后獲得。 
       由于ADC0809具有輸出三態(tài)鎖存器，故其8位數(shù)據(jù)輸出線可直接與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線相連。單片機(jī)的低8位地址信號(hào)在ALE作用下，鎖存在74LS373中。74LS373輸出的低3位分別加到ADC0809的通道選擇端A, B, C，作為通道編碼。將單片機(jī)的P2.7作為片選信號(hào)，與麗哀進(jìn)行或非操作得到一個(gè)正脈沖加到ADC0809的ALE和START引腳上。由于ALE和START連接在一起，因此ADC0809在鎖存器地址的同時(shí)也啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，用單片機(jī)的讀信號(hào)反石和P2.7引腳經(jīng)非門后產(chǎn)生的正脈沖作為OE信號(hào)，用以打開三態(tài)輸出鎖存器。顯然，上述操作時(shí)，P2.7應(yīng)為低電平。ADC0809的EOC端經(jīng)一反相器連接到單片機(jī)的P3.3端，作為中斷信號(hào)。 
       采用中斷信號(hào)可大大節(jié)省時(shí)間。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC向單片機(jī)發(fā)出中斷申請(qǐng)信號(hào)，CPU響應(yīng)中斷請(qǐng)求，由中斷服務(wù)子程序讀取A/ D轉(zhuǎn)換結(jié)果并存儲(chǔ)到RAM中，然后啟動(dòng)ADC0809的下一次轉(zhuǎn)換。 
       (2)斬波器開關(guān)控制信號(hào)通道 
       斬波內(nèi)饋調(diào)速裝置的斬波器開關(guān)是單片機(jī)的模擬量輸出信號(hào)，其硬件結(jié)構(gòu)如圖6所示。DAC0832是國內(nèi)使用較為普遍的8位D/ A轉(zhuǎn)換器，由于片內(nèi)有輸入數(shù)據(jù)寄存器，故可以直接與單片機(jī)接口。DAC以電流形式輸出，需要外接運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換為電壓輸出信號(hào)，以便觸發(fā)斬波器開關(guān)的導(dǎo)通。

圖6斬波器開關(guān)觸發(fā)信號(hào)的模擬量輸出通道 
       

在本系統(tǒng)中DAC0832采用單緩沖器工作方式，即分別將輸入鎖存器的引腳和DAC寄存器相應(yīng)的控制信號(hào)引腳連在一起，使一個(gè)數(shù)據(jù)直接寫入DAC寄存器，立即進(jìn)行D/ A轉(zhuǎn)換，此時(shí)鎖存器不起作用。圖中ILE接＋5V, Iou二接地，LOUT2輸出電流經(jīng)運(yùn)算放大器變換后輸出單極性電壓信號(hào)；片選信號(hào)CS和數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)XFER都與89C52的地址線相連，因此輸入鎖存器和DAC0832的地址都為7FFFH。WR1,WR2均與89052的寫信號(hào)線WR相連。CPU對(duì)DAC0832執(zhí)行一次寫操作，則將一個(gè)數(shù)據(jù)直接寫入DAC寄存器，DAC0832的輸出模擬量隨之變化。由于DAC0832具有數(shù)字量的輸入鎖存功能，故數(shù)字量可以直接從89052的PO口送入。 
       (3)斬波內(nèi)饋調(diào)速器觸發(fā)信號(hào)通道 
       單片機(jī)控制觸發(fā)裝置由單片機(jī)89052,1塊16位的定時(shí)／計(jì)數(shù)器芯片8253、晶振電路和一塊帶14位定時(shí)／計(jì)數(shù)器的可編程RAM/ IO擴(kuò)展器8155組成。其硬件結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7觸發(fā)電路 
       三相同步信號(hào)經(jīng)RC移相后使其過零點(diǎn)正好都對(duì)準(zhǔn)6個(gè)自然換相點(diǎn)。再經(jīng)3個(gè)電壓比較器輸出20ms的三相同步方波信號(hào)送至單片機(jī)。由于同步信號(hào)跳變即為自然換相點(diǎn)，單片機(jī)監(jiān)測到這三位狀態(tài)字，即可進(jìn)入軟件認(rèn)相，并作出士A、士B、士C的標(biāo)志，以供最小逆變角βmin定時(shí)和觸發(fā)控制用。本系統(tǒng)有源逆變器的控制脈沖不再移動(dòng)，而是鎖定在最小逆變角，使有源逆變的觸發(fā)脈沖非常可靠；功率調(diào)節(jié)由斬波開關(guān)來完成。
本系統(tǒng)采用脈沖列觸發(fā)方式，6個(gè)觸發(fā)脈沖由8155A口送出，由外部電路調(diào)制成頻率為2kHz的脈沖列，經(jīng)功放后，分別送至6個(gè)可控硅的門極。 
       5  結(jié)論 
       在該系統(tǒng)中，作為循環(huán)水的供應(yīng)動(dòng)力的循環(huán)電動(dòng)泵，通過斬波內(nèi)饋裝置系統(tǒng)調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)介質(zhì)恒壓供熱，實(shí)現(xiàn)了微機(jī)控制，完全滿足生產(chǎn)工藝流程的要求，達(dá)到了節(jié)省電能的目的，這種調(diào)速方式較常規(guī)變頻調(diào)速方式有諸多優(yōu)點(diǎn)。
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作者簡介：宋繼孚（1968一），男，工程碩士研究生，工程師，主
要從事熱電廠電氣及熱工自動(dòng)化工作。