交流通用變頻器公共DC總線的設計與應用
【摘要】在工業電力傳動中，由于工藝和傳動設備的各種原因，經常出現可再生能源的現象，能量回收系統中有各種方法。摘要：提出了在大型生產線上與通用變頻器共享DC總線的方案，并闡述了其在離心機、化纖設備和造紙機上的進一步應用。1前言在同一個電傳動系統中的一個或多個傳動裝置中，有時電機端產生的能量被反饋給傳動變頻器，這就是所謂的“再生能量”。這種情況一般發生在電機被拖走時(即以遠高于設定值的速度被拖走時)，或傳動電機被制動以提供足夠的張力時(如放卷系統中的傳動電機)。傳統意義上的PWM逆變器并不是為了將再生的能量反饋給三相電源而設計的，所以逆變器從電機吸收的所有能量都會儲存在電解電容中，較終導致逆變器中母線電壓的升高。如果逆變器配有制動單元和制動電阻，逆變器可以在短時間內接通電阻，從而以熱的方式消耗電能。當然，只要充分考慮較大電流容量、負載周期和消耗到制動電阻上的額定功率，就可以設計出合適的制動單元，持續消耗電能，較終維持母線電壓平衡。這個制動單元的工作模式其實是一種能耗。如果多個驅動逆變器通過DC總線互連，則由一個或多個電機產生的再生能量可以以電的方式被其他電機消耗和吸收。這是一種非常有效的工作方式，即使連續發電的電機很多，也不需要考慮其他處理再生能源的方式。這樣，如果需要更快制動或緊急停止的狀態，就需要增加一定容量的制動單元和制動電阻，在非常時刻發揮作用。當然，能量反饋裝置可以將DC公交車上多余的能量直接反饋到電網。2通用變頻器的公共DC總線方案上電時應充分考慮變頻器的控制、傳輸故障、負載特性和輸入主電路保護，這一點非常重要。圖1顯示了較廣泛使用的方案之一。該方案包括三相進線(同相)、DC母線、通用變頻器組、共用制動單元或能量回饋裝置及一些附件。圖1通用變頻器的公共DC總線方案該方案具有以下特點：(1)使用完整的變頻器，而不是簡單地使用傳統的整流橋加多個逆變器的方案；(2)不需要單先的整流橋、充電單元、電容器組和逆變器；(3)在不影響其他系統的情況下，每個變頻器可與DC母線分離；(4)通過聯鎖接觸器控制變頻器DC與公共母線的連接；(5)快速熔化保護掛在DC母線上的變頻器電容器組；(6)所有掛在母線上的逆變器必須使用相同的三相電源。在圖1中，QF是每個逆變器的進線保護裝置，應該采用帶輔助觸點的空氣開關，這主要是因為DC接觸器MC的連接必須滿足QF的輔助觸點閉合和逆變器正常運行兩個閾值，否則MC將斷開。LR是一種進線電抗器，由于實際工作現場的復雜環境往往導致電網波動，產生高次諧波，進線電抗器可以有效避免這些因素對變頻器的影響，也可以用來增加電源阻抗，幫助吸收附近設備投運時的浪涌電壓和主電源的電壓尖峰，從而較終保護變頻器的整流單元。LR的選擇原則可以和變頻器功率一樣。 #p#分頁標題#e#
為了保證變頻器上電后順利接入DC母線，或者變頻器故障后快速斷開DC母線，從而進一步減小變頻器的故障范圍，這種場合使用的變頻器必須有24VDC信號或干接點信號輸出，其輸出信號至少包括：(1)READY信號：如果信號輸出有效，說明變頻器無故障，母線電壓正常，可以接受啟動命令；(2)FAULT信號：該信號的輸出表示變頻器的故障。FU是半導體快熔絲，額定電壓通常為700VDC，如巴斯曼的FWP系列或Gouldshawmut的A70P系列。額定電流必須考慮驅動或制動時驅動電機的較大能量，一般可以額定為負載的125電流。MC是2P DC接觸器，如ABB的EHDB系列，額定電壓為650VDC，其額定電流也必須根據制動時驅動電機的較大電流來確定。一般來說，可以選擇額定負載的120電流。3、通用DC總線的應用通用變頻器的通用DC總線方案在工業，的很多機械設備中得到了廣泛的應用，不僅整機故障率低(設備加電)，而且可以較大限度的節約能源，更具環保意義。3.1離心機臥式螺旋離心機由雙電機驅動(如圖2所示)。與驅動部分連接的電機處于電機作為主電機的工作狀態，與從動部分連接的電機由于滾筒的速度差始終處于發電機狀態。這種傳輸模式早在20世紀60年代就已經在實驗室中使用，但在工業幾十年來一直沒有廣泛使用。關鍵原因是輔助電機的再生電能不能在原有技術門檻下合理使用。因此，大多數情況下，臥式螺旋離心機的輔助電機已經取消，安裝了渦流制動器。隨著電力電子技術的快速發展，近年來變頻器的性價比有了很大的提高，總線連接方案也日趨成熟。內很多離心機廠家都在探索雙電機雙變頻器的驅動方案。目前，南京綠洲機械廠和海神機械總廠已在臥式螺旋離心機上廣泛采用雙變頻方案。在該方案中，主電機和輔助電機由一個公共變頻器驅動，DC母線以適當的方式并聯，較好地解決了輔助電機連續發電的問題。其應用在2021-06-03年能源日益緊缺的情況下意義重大。圖2共享DC總線方案在離心機中的應用3.2化纖后紡設備化纖后紡設備通常包括一、二、三個牽伸和卷曲四個主驅動電機，需要同步運行。同步的，較好稿M1和第二稿M2必須處于發電狀態才能保持一定的牽伸比，而第三稿M3和curl M4處于電動狀態。由于M1和M2的發電是由電力三稿引起的，這
2臺電機所產生的回饋能量足以消耗到處于電動狀態下的M3和M4中，而不會引起直流回路母線電壓的升高，這樣通過圖三接線就可以基本上解決再生能量的制動問題，從而使系統始終處于比較穩定的狀態。圖三的接線中，能量傳遞的公式為：P0=P3 P4-P1-P2。很顯然，母線共連方案將大大降低能量損耗。圖三共用直流母線方案在化纖設備上的應用化纖后紡設備采用共用直流母線的控制方式，具有以下顯著的特點：a.共用直流母線可以大大減少制動單元的重復配置，結構簡單合理，經濟可靠。b.共用直流母線的中間直流電壓恒定，電容并聯儲能容量大；c.各電動機工作在不同狀態下，能量回饋互補，優化了系統的動態特性；3.3造紙機 在紙機上要用到很多導紙輥傳動電機，由于導紙輥經常會工作在制動狀態，這時就必須考慮到再生能量的問題，如果對于每個傳動配置一個制動單元或能量回饋裝置，就會造成系統復雜。如果采用母線共連的方式就可以統一將導紙輥上產生的能量進行互補，并接入到單一的能量回饋裝置，如圖四所示。圖四共用直流母線方案在造紙機上的應用 本系統具有以下特點：（1）共用的直流母線采用銅排連接；（2）各單機變頻器與共用直流母線通過連接模塊如MC和FU進行聯絡；（3）再生能量回饋裝置采用德Siemens直流調速的整流器6RA24系列；（4）通過整流器后的交流電再利用隔離干式變壓器與交流電網相連，采用6RA24系列整流器后，回饋的交流電為AC500V，必須采用500/400的隔離干式變壓器；（5）將控制整流器6RA24的系統融合到多電機傳動控制系統和過程控制PLC系統中去，這樣可以保證對整流器的實時投運監控，確保系統的穩定性。4結束語 本文是針對在同一個系統中的一個或多個傳動發生再生能量情況而提出的共用直流母線方案，該方案已經在很多行業如離心機、化纖設備、造紙機等設備被證實是有效和可靠的。 作者單位：北京碩人時代科技有限公司 地址：北京市上地信息路11號彩虹集團大廈304 100085 Email：hanjin_and@163.com相關新聞：#p#分頁標題#e#[1]
