摘要：本文介紹了IPC-PF-1s回饋制動(dòng)單元應(yīng)用于離心機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的基本情況。 關(guān)鍵詞： 變頻器 能量反饋 制動(dòng)單元 節(jié)能 Abstract: This article introduces the basic application of IPC-PF-1s power feedback braking unit in the variable-frequency controled system of centrifugal machine。 Key words: inverter power feedback braking unit energy saving 一、前言 石藥集團(tuán)維生藥業(yè)（石家莊）有限公司是全球最大的Vc生產(chǎn)企業(yè)之一。自1995年成立以來(lái)，隨著公司生產(chǎn)能力的不斷發(fā)展，生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平隨著科技的進(jìn)步一直在不斷提高，始終保持在同行業(yè)的前列。由于Vc產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)周期長(zhǎng)，生產(chǎn)規(guī)模大，是用電大戶，電費(fèi)是影響生產(chǎn)成本的主要因素之一。公司十分重視節(jié)電工作，積極采用新的電氣控制技術(shù)及新設(shè)備，來(lái)增強(qiáng)企業(yè)在市場(chǎng)中競(jìng)爭(zhēng)力。變頻調(diào)速、電能回饋制動(dòng)等先進(jìn)的技術(shù)在公司主要設(shè)備上得到大量的應(yīng)用。下面將就公司在離心機(jī)降速時(shí)利用反饋制動(dòng)單元進(jìn)行節(jié)能利用的情況進(jìn)行介紹。 二、反饋制動(dòng)單元應(yīng)用 1、離心機(jī)設(shè)備制動(dòng)情況 離心機(jī)是Vc生產(chǎn)過(guò)程中的一種主要料液分離設(shè)備，離心機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大，啟動(dòng)及停止過(guò)程緩慢。因此，較大容量的離心機(jī)都采用變頻器控制，使升速過(guò)程及速度的控制都能夠得到較好的實(shí)現(xiàn)。公司內(nèi)離心機(jī)電機(jī)功率從18.5KW到200 KW不等，全部采用變頻調(diào)速控制，使得工藝控制能夠很好的實(shí)現(xiàn)。絕大多數(shù)離心機(jī)采用變頻器加電阻能耗制動(dòng)控制方式運(yùn)行，這樣既可以提高速度控制精度，又能減少降速時(shí)間，提高工作效率。其工作原理如下：離心機(jī)升速時(shí)，變頻器帶動(dòng)離心機(jī)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)實(shí)際工藝控制條件，設(shè)定離心機(jī)的轉(zhuǎn)速；而離心機(jī)降速時(shí)，變頻器的設(shè)定制動(dòng)時(shí)間較短，由于離心機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大，離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比變頻器的輸出同步轉(zhuǎn)速高，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)使得變頻器直流母線電壓升高，如果不能把這部分能量消耗掉，使得直流母線電壓保持在正常范圍內(nèi)，變頻器將出現(xiàn)直流過(guò)電壓報(bào)警故障而不能正常工作；為了消耗掉這部分再生能量，使用制動(dòng)單元及制動(dòng)電阻互相配合，在制動(dòng)單元檢測(cè)到直流母線電壓超過(guò)正常工作范圍值時(shí)，打開(kāi)直流母線和制動(dòng)電阻之間的電路通道，將電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的再生電能消耗在制動(dòng)電阻上，從而避免直流母線電壓上升超過(guò)變頻器的工作電壓上限造成報(bào)警停車，保證降速過(guò)程正常進(jìn)行。 2、反饋制動(dòng)原理 能量反饋逆變，是以高頻電能變換理論為基礎(chǔ)，運(yùn)用能量反饋的方法將各種待測(cè)試或進(jìn)入試運(yùn)行階段的獨(dú)立交、直流供電設(shè)備所輸出的能量循環(huán)使用。它既能完成特定負(fù)載的功能，同時(shí)又把無(wú)謂消耗在電阻型功率負(fù)載中的能量，通過(guò)一系列變換，以標(biāo)準(zhǔn)工頻正弦波的形式將負(fù)載能量返回至輸入端，負(fù)載能量的循環(huán)使用率可達(dá)80％以上，從而大大節(jié)約了能源的無(wú)謂消耗和電費(fèi)的支出。 電能回饋制動(dòng)單元的工作原理就是根據(jù)以上理論依據(jù)設(shè)計(jì)而成，在制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，電能回饋制動(dòng)單元把變頻器直流母線上的電動(dòng)機(jī)再生電能，變換成一個(gè)和電網(wǎng)電源同步同相位的交流正弦波，把電動(dòng)機(jī)再生電能反饋回電網(wǎng)，再生利用。一般電能回饋制動(dòng)單元熱損耗為電阻制動(dòng)的5%以下，內(nèi)部裝有電抗器和噪聲濾波器，不會(huì)污染電網(wǎng)和干擾其它設(shè)備，可直接和電網(wǎng)連接使用，其性能安全穩(wěn)定可靠，并且安裝方便，基本上免維護(hù)，因?yàn)椴辉偈褂秒娮瑁苊饬酥苿?dòng)單元和電阻故障，同時(shí)由于配電室溫度下降，變頻器故障的機(jī)率降低很多，還能改善配電室環(huán)境，提高電氣控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。 公司在1995年首家引進(jìn)了美國(guó)4臺(tái)價(jià)格昂貴的全自動(dòng)離心機(jī)，選用了變頻器加電能回饋制動(dòng)單元控制，由于當(dāng)時(shí)的反饋制動(dòng)單元非常復(fù)雜，外商調(diào)試了一個(gè)月才能夠正常使用；能量回饋制動(dòng)單元雖然不再使用電阻耗能制動(dòng)，但對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量要求很高，并且制動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，約6分鐘，對(duì)環(huán)境溫度的要求也更加苛刻，夏季在空調(diào)的環(huán)境下還需要用電風(fēng)扇正對(duì)著回饋制動(dòng)單元吹風(fēng)才能保障運(yùn)行，電風(fēng)扇一旦出現(xiàn)故障，反饋制動(dòng)單元就會(huì)出現(xiàn)故障，變頻器隨后就會(huì)在停車時(shí)因直流母線過(guò)電壓而報(bào)警停車，公司對(duì)對(duì)這幾臺(tái)離心機(jī)一直小心使用。 1998年到1999年公司進(jìn)行的維達(dá)搬遷中，公司又從美國(guó)進(jìn)口五臺(tái)帶電能反饋制動(dòng)的全自動(dòng)離心機(jī)，應(yīng)用功率轉(zhuǎn)換單元作為變頻器直流母線的電源供給單元，并能將變頻器制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的再生電能反饋回電網(wǎng)。此功率轉(zhuǎn)換單元比以前的反饋制動(dòng)單元在性能上有了明顯的提高，功率轉(zhuǎn)換單元不但是電能回饋的主要部件，還是變頻器直流母線直流電源的供給部件，成為變頻器的一個(gè)有機(jī)組成部分，其調(diào)試過(guò)程也變得非常簡(jiǎn)單，降速時(shí)間也大幅度降低，完全滿足了工藝要求（電氣原理圖見(jiàn)圖1）。但是進(jìn)口反饋制動(dòng)單元也存在很大的局限性，那就是價(jià)格昂貴，價(jià)格達(dá)到7萬(wàn)多元，并且維修困難。 3、節(jié)能分析 離心的工作過(guò)程需要進(jìn)料－升高速甩母液－降速洗料－升高速甩母液－降速出料－進(jìn)料……，一批料需要幾次升、降速才能完成一個(gè)生產(chǎn)周期，并且批次之間需要連續(xù)不間斷生產(chǎn)，升速及降速過(guò)程非常頻繁，使得大量的電動(dòng)機(jī)再生電能釋放在制動(dòng)電阻上，配用的制動(dòng)電阻會(huì)產(chǎn)生高熱，變頻器和耗能制動(dòng)單元經(jīng)常出現(xiàn)過(guò)熱報(bào)警停車故障，因此，在有制動(dòng)電阻的配電室全部配備了大功率空調(diào)器才能滿足變頻器對(duì)環(huán)境溫度的要求。 公司在2003年到2004年進(jìn)行的技術(shù)改造時(shí)，對(duì)5臺(tái)離心機(jī)選用了深圳市加能科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的IPC-PF－1s電能回饋制動(dòng)單元，得到了很好的良好效果，不僅避免了降速時(shí)制動(dòng)電阻大量發(fā)熱的情況，更使降速時(shí)間減少到3分鐘，這樣大大地縮短了離心機(jī)降速時(shí)間，提高了工作效率。通過(guò)檢測(cè)，不同的工序每臺(tái)每年節(jié)電量在至少9000度，安裝使用兩年之內(nèi)所節(jié)約的電費(fèi)支出就超過(guò)購(gòu)買(mǎi)一臺(tái)電能回饋式制動(dòng)單元的投資，即電能回饋制動(dòng)單元的投資回收期不到兩年。 公司在2004年7月，淘汰了4臺(tái)22KW的變頻器耗能制動(dòng)單元及電阻，選用電能回饋制動(dòng)單元進(jìn)行替代。由于電能回饋制動(dòng)單元接線簡(jiǎn)單（主回路原理圖如圖2所示），僅需要將變頻器的直流母線接在電能回饋制動(dòng)單元的直流接線端子上（需要注意接線的直流極性要正確），并將電能回饋制動(dòng)單元的三相交流輸出側(cè)接到變頻器電網(wǎng)輸入側(cè)，這樣既能簡(jiǎn)化接線，又能使得電能回饋制動(dòng)單元與變頻器在相同的電源保護(hù)裝置保護(hù)之下。對(duì)于11-55kw的電動(dòng)機(jī)，IPC-PF-1s型電能回饋制動(dòng)單元會(huì)自動(dòng)測(cè)量再生電能的大小，自動(dòng)計(jì)算最佳制動(dòng)力矩，不必設(shè)定任何參數(shù)，所以調(diào)試過(guò)程簡(jiǎn)潔。 利用電能回饋制動(dòng)單元在更加適應(yīng)工藝要求的同時(shí)大幅地提高了生產(chǎn)效率，減少用電量，相應(yīng)地降低了生產(chǎn)成本。鑒于電能回饋制動(dòng)單元試用的良好效果，公司把電能回饋制動(dòng)單元替代項(xiàng)目列入重點(diǎn)節(jié)能技改項(xiàng)目，計(jì)劃兩年內(nèi)把需要頻繁制動(dòng)的設(shè)備的能耗制動(dòng)方式全部更換成回饋制動(dòng)方式。 目前深圳加能電子科技有限公司生產(chǎn)的能量回饋制動(dòng)單元價(jià)格比進(jìn)口的低數(shù)倍（國(guó)產(chǎn)37KW 回饋制動(dòng)單元約8000元，而進(jìn)口的70000多元），其性能已基本接近進(jìn)口回饋制動(dòng)單元，因此我們認(rèn)為完全可以取代進(jìn)口產(chǎn)品。在此基礎(chǔ)之上，公司準(zhǔn)備和生產(chǎn)廠家合作在功率是90KW和200KW的大型離心機(jī)上試用大功率的回饋制動(dòng)單元，如果能試用成功，將能為公司節(jié)約大量的電費(fèi)支出，并能夠從真正意義上達(dá)到最佳的工藝控制效果。 在大功率離心機(jī)上的成功運(yùn)用，證明在兩年時(shí)間內(nèi)節(jié)省的電力成本就可以收回投資。另一方面，國(guó)家發(fā)改委從政策方面鼓勵(lì)使用變頻回饋制動(dòng)單元，我公司已申報(bào)DSM（電力需求側(cè)管理）項(xiàng)目，河北省發(fā)展改革委員會(huì)委派河北省節(jié)能中心技術(shù)專家已到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行驗(yàn)證并獲得通過(guò)，我公司將得到投資額30％的政府補(bǔ)貼，從而可以進(jìn)一步降低成本，提高投資收益。 三、結(jié)束語(yǔ) 能量反饋式制動(dòng)單元在Vc生產(chǎn)企業(yè)中的成功應(yīng)用，減少設(shè)備故障率的同時(shí)降低了設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)成本，節(jié)約了電力費(fèi)用，同時(shí)降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。在企業(yè)的生產(chǎn)中起著非常重要的作用，在推進(jìn)企業(yè)的工藝技術(shù)進(jìn)步的同時(shí)提高了企業(yè)的整體自動(dòng)化水平，最終大大增強(qiáng)了企業(yè)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力，使企業(yè)常盛不衰。