時(shí)間:2018-02-27 10:34:11來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
一、引言
在化工企業(yè)電氣傳動(dòng)中,離心機(jī)的變頻傳動(dòng)應(yīng)用非常普遍,由于工藝和驅(qū)動(dòng)設(shè)備的各種原因,再生能量的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生,在通用變頻器中,對(duì)再生能量最常用的處理方式有兩種:(1)、耗散到直流回路中人為設(shè)置的與電容器并聯(lián)的“制動(dòng)電阻”中,稱之為動(dòng)力制動(dòng)狀態(tài);(2)、使之回饋到電網(wǎng),則稱之為回饋制動(dòng)狀態(tài)(又稱再生制動(dòng)狀態(tài))。直流共母線的原理是基于通用變頻裝置均采用交-直-交變頻方式,當(dāng)電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí),其制動(dòng)能量反饋到直流側(cè),為了更好的處理反饋制動(dòng)能量,人們采用了把各變頻裝置的直流側(cè)連接起來的方式。譬如當(dāng)一臺(tái)變頻器處于制動(dòng)而另一臺(tái)變頻器處于加速狀態(tài),這樣能量可以互補(bǔ)。本文提出了一種通用變頻器在化工企業(yè)離心機(jī)中共直流母線的方案,并闡述了其在離心機(jī)上回饋單元并聯(lián)中的進(jìn)一步應(yīng)用。
二、改造前變頻調(diào)速系統(tǒng)方案
1、離心機(jī)原有控制系統(tǒng)介紹
改造的離心機(jī)共12臺(tái)、每臺(tái)控制系統(tǒng)都是一樣。變頻器為艾默生EV2000系列22KW,恒轉(zhuǎn)矩型,回饋單元皆為加能的IPC-PF-1S回饋制動(dòng)單元,所有控制系統(tǒng)集中在一個(gè)配電室中。兩臺(tái)離心機(jī)共用一個(gè)GGD控制柜,限于篇幅只畫出其中四臺(tái),其余八臺(tái)與此類似。系統(tǒng)圖如圖1所示??芍?,每一臺(tái)變頻器需要一臺(tái)回饋制動(dòng)單元,各自的控制系統(tǒng)完全獨(dú)立。
圖1改造前變頻器及制動(dòng)單元系統(tǒng)原理圖
圖1結(jié)構(gòu)是我公司向廠家訂貨,成套購(gòu)買,安裝調(diào)試后,一直運(yùn)行至今。
2、原有控制系統(tǒng)方案的改進(jìn)之處
1、當(dāng)其中一臺(tái)離心機(jī)制動(dòng)時(shí),電能回饋到電網(wǎng),制動(dòng)單元隨變頻器剎車反復(fù)工作。
2、當(dāng)其中一臺(tái)離心機(jī)制動(dòng),另一臺(tái)升速時(shí),回饋的電能和需要的電能量不能直接交互。
3、當(dāng)其中一臺(tái)制動(dòng)單元故障后,離心機(jī)整套系統(tǒng)因不能剎車而停車,制動(dòng)單元不能共享。
4、當(dāng)離心機(jī)急速剎車時(shí),在變頻器承受的最大電流范圍內(nèi),回饋單元將有可能過載或故障。
三、升級(jí)改造后變頻控制系統(tǒng)方案
1、控制系統(tǒng)主回路接線圖
圖2升級(jí)改造后變頻器及制動(dòng)單元系統(tǒng)原理圖
此次改造提出了回饋制動(dòng)單元組的概念,也就是相同型號(hào)或廠家的同一類型制動(dòng)單元并
聯(lián),組合成容量比較大的回饋單元組,即回饋單元并聯(lián)。參見制動(dòng)單元的說明書,該類型的制動(dòng)單元具有并聯(lián)均流功能,可多臺(tái)并聯(lián)使用,滿足大容量回饋制動(dòng)的需要。系統(tǒng)原理圖見圖4所示。這樣不僅避免了四臺(tái)離心機(jī)不能同時(shí)剎車,而且在其中任一臺(tái)變頻器或回饋單元故障后不影響其他設(shè)備的正常使用。不僅實(shí)現(xiàn)了高可靠性,而且實(shí)現(xiàn)了回饋單元的冗余配置。
2、變頻器的原理框圖
變頻器的電路基本原理框圖如下圖3所示。變頻器的直流主回路直流正(+)和直流負(fù)(—)分別并聯(lián)后并不會(huì)影響各自的功能,事實(shí)上在沒有大功率整流集成模塊的時(shí)候,廠家都是通過并聯(lián)多組整流模塊來實(shí)現(xiàn)大功率的整流電路,在變頻器設(shè)計(jì)時(shí)也考慮到了用小功率的整流單元并聯(lián)成組來滿足大功率場(chǎng)合下的使用。由此可見,變頻器的直流母線并聯(lián)并不影響變頻器的各自功能,反而在變頻器直流側(cè)并聯(lián)后提供了一些優(yōu)勢(shì),諸如整流容量變大,濾波電容變大,抗干擾能力變強(qiáng)等。
3變頻器電路基本原理框圖
3、回饋裝置的原理框圖
回饋單元的原理框圖如下圖4所示。直流輸入回路P1(+)和N1(—)和交流輸入回A、B、C路,分別并聯(lián)后并不會(huì)影響各自的功能,事實(shí)上回饋單元制造廠家,在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到了用小功率的回饋單元并聯(lián)成組來滿足大功率場(chǎng)合下的使用。
圖4制動(dòng)單元回饋裝置的原理框圖
4、控制原理圖工作分析
控制原理圖如圖5所示。變頻器故障繼電器輸出端子TA、TC為常開觸點(diǎn),設(shè)置變頻器故障繼電器輸出端子的輸出選項(xiàng)為“變頻器運(yùn)行準(zhǔn)備好”,變頻器參設(shè)置數(shù)為“F7.12=15”。上電后變頻器“變頻器運(yùn)行準(zhǔn)備好”,各變頻器的TA、TC吸合,變頻器的直流母線并聯(lián)接觸器依次吸合。否則接觸器就斷開。每臺(tái)變頻器運(yùn)行準(zhǔn)備好后,只有變頻器上電,并且正常以后,才可以并接在一起,如任意一臺(tái)有故障,直流母線接觸器就不吸合。變頻器一運(yùn)行正常后即刻接入直流制動(dòng)單元組,變頻器斷電或故障時(shí)斷開直流回路。
圖5升級(jí)改造后的變頻器接入制動(dòng)單元組控制原理圖
5、改造前的測(cè)試數(shù)據(jù)
當(dāng)離心機(jī)剎車時(shí),電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài),系統(tǒng)中所儲(chǔ)存的機(jī)械能經(jīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成電能,通過逆變器的六個(gè)續(xù)流二極管回送到變頻器的直流回路中。此時(shí)的逆變器處于整流狀態(tài)。這時(shí),如果變頻器中沒采取消耗能量的措施,這部分能量將導(dǎo)致中間回路的儲(chǔ)能電容器的電壓上升,此時(shí)電容的直流母線電壓抬升,當(dāng)升至680V時(shí),制動(dòng)單元開始工作,即回饋多余的電能到電網(wǎng)側(cè),此時(shí)單臺(tái)變頻器直流母線電壓維持在680(有的690V)以下,變頻器不至于報(bào)過電壓故障。單臺(tái)時(shí)變頻器制動(dòng)單元?jiǎng)x車時(shí)的電流曲線如圖6,剎車時(shí)間為4分種,測(cè)試儀器為FLUKE43B單相電能質(zhì)量分析儀,分析軟件為《FlukeViewPowerQualityAnalyzerVersion3.10.1》。
圖6制動(dòng)單元工作時(shí)的電流曲線
由此可見每次剎車時(shí),制動(dòng)單元必然工作,最大電流達(dá)22A。而制動(dòng)單元的額定電流為45A。顯然制動(dòng)單元處于半載狀態(tài)。
6、改造后的測(cè)試數(shù)據(jù)
停車時(shí)三相進(jìn)線電壓:3PH380VAC
變頻器沒有運(yùn)行時(shí)直流母線電壓:540VDC
變頻器運(yùn)行時(shí)直流母線電壓:520VDC
回饋單元開始回饋的初始電壓:680VDC
四臺(tái)回饋單元及變頻器直流母線并聯(lián)后,當(dāng)一臺(tái)升速時(shí),母線電壓降低,此時(shí)另一臺(tái)降速,直流母線電壓在540--670V波動(dòng),制動(dòng)單元在此時(shí)沒有開啟,制動(dòng)單元一般工作的DC電壓為680V。
當(dāng)4臺(tái)變頻器同時(shí)剎車時(shí),回饋單元工作狀態(tài)將同時(shí)工作,任選其中一臺(tái)測(cè)試電流為21A,比起改造前的電流有所減少,比先前的22A電流減少了1A。如下圖7測(cè)試分析。
圖7改造后的制動(dòng)單元工作電流監(jiān)視圖
7、變頻器主要參數(shù)設(shè)置
運(yùn)行命令通道選擇F0.03=1
最高操作頻率設(shè)定F0.05=50
加速時(shí)間1設(shè)定F0.10=300
減速時(shí)間1設(shè)定F0.11=300
故障繼電器輸出選擇F7.12=15
AO1輸出功能F7.26=2
6、該方案有以下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì):
本文介紹的變頻器直流共母線及回饋單元并聯(lián)有如下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì):
1)、使用一個(gè)完整的變頻器,而不是單純的整流橋加多個(gè)逆變器方案。
2)、不需要有分離的整流橋、充電單元、電容組和逆變器。
3)、每一個(gè)變頻器都可以單獨(dú)從直流母線中分離進(jìn)去而不影響其他系統(tǒng)。
4)、變頻器通過自身的完好狀態(tài)來控制變頻器的DC是否聯(lián)絡(luò)直流母線的。
5)、連鎖控制來保護(hù)掛在直流母線上的變頻器的電容單元。
6)、所有掛在母線上的變頻器必需使用同一個(gè)三相電源。
7)、變頻器故障后快速地與DC母線斷開以進(jìn)一步縮小變頻器故障范圍。
8)、共用直流母線可以大大減少制動(dòng)單元的重復(fù)配置,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理,經(jīng)濟(jì)可靠。
9)、共用直流母線的中間直流電壓恒定,電容并聯(lián)儲(chǔ)能容量大,能減少電網(wǎng)的波動(dòng)。
10)、各電動(dòng)機(jī)工作在不同狀態(tài)下,能量回饋互補(bǔ),優(yōu)化了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。
11)、各個(gè)變頻器在電網(wǎng)中產(chǎn)生的不同次諧波干擾可以互相抵消,減少電網(wǎng)的諧波畸變率。
12)、變頻器直流母線的并聯(lián)解決了原有變頻器整流模塊過熱問題,降低了整流模塊負(fù)荷。
13)、能量回饋單元的并聯(lián)冗余,解決了原有設(shè)備一對(duì)一的不可靠性,減少故障時(shí)間。
四、節(jié)能分析
回饋制動(dòng)單元相比電阻能耗制動(dòng)本身就是一種節(jié)能的應(yīng)用,可是要求每臺(tái)變頻器需要?jiǎng)x車時(shí)配用一臺(tái)制動(dòng)單元。必然要求有幾臺(tái)變頻器就得配幾臺(tái)制動(dòng)單元,而制動(dòng)單元的價(jià)格和變頻器價(jià)格相差不大,工作持續(xù)率卻不是很高。共用直流母線變頻器驅(qū)動(dòng)在離心機(jī)上的廣泛應(yīng)用,較好的解決了當(dāng)一個(gè)變頻器升速,另一個(gè)變頻器剎車時(shí),均衡了“一個(gè)吃不飽、一個(gè)吃的吐”,的問題,該方案減少了制動(dòng)單元的重復(fù)設(shè)置,降低了工作次數(shù)的,也減少了對(duì)電網(wǎng)的干擾次數(shù),提高了電網(wǎng)的電能質(zhì)量。同時(shí)制動(dòng)單元組的并聯(lián)冗余設(shè)計(jì),使得當(dāng)其中一個(gè)制動(dòng)單元故障時(shí)不會(huì)影響其他制動(dòng)單元的正常工作,保障了回饋單元設(shè)備故障時(shí)離心機(jī)仍能正常剎車運(yùn)行,極大的提高了設(shè)備的利用率。在減少設(shè)備投入,增加設(shè)備使用率,節(jié)約設(shè)備、節(jié)能方面有特別重要的意義。
五、結(jié)束語(yǔ)
通用變頻器共用直流母線和回饋單元并聯(lián)的廣泛應(yīng)用,較好的解決了電能消耗與電能回饋時(shí)間段不同以及單個(gè)回饋單元容量不夠用的問題,對(duì)減少設(shè)備投入、降低電網(wǎng)干擾、提高設(shè)備利用率和可靠性有特別重要的意義。
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