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摘 要：變頻器直流共母線(xiàn)在石藥集團(tuán)維生藥業(yè)離心機(jī)上的應(yīng)用的研究。
關(guān)鍵詞：變頻器、離心機(jī)

1 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)用十分普遍，由于工藝和驅(qū)動(dòng)設(shè)備的各種緣由，再生能量的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)作，在通用變頻器中，對(duì)再生能量最常用的處置方式有兩種：（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(chēng)之為動(dòng)力制動(dòng)狀態(tài)；（2）使之回饋到電網(wǎng)，則稱(chēng)之為回饋制動(dòng)狀態(tài)（又稱(chēng)再生制動(dòng)狀態(tài)）。直流共母線(xiàn)的原理是基于通用變頻安裝均采用交－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)能量反應(yīng)到直流側(cè)，為了更好的處置反應(yīng)制動(dòng)能量，人們采用了把各變頻安裝的直流側(cè)銜接起來(lái)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)，這樣能量能夠互補(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(xiàn)的計(jì)劃，并論述了其在離心機(jī)上回饋單元的進(jìn)一步應(yīng)用。 目前直流共母線(xiàn)有多種方式：
（1）公用一個(gè)獨(dú)立的整流器
該整流單元能夠是不能逆變，也能夠是可逆變的。前者能量經(jīng)過(guò)外接制動(dòng)電阻耗費(fèi)掉，后者能夠充沛地將直流母線(xiàn)上的多余能量直接反應(yīng)到電網(wǎng)中來(lái)，具有更好的節(jié)能、環(huán)保意義，缺陷是價(jià)錢(qián)比前者要高。
（2）大變頻單元接入電網(wǎng)
小變頻器公用大變頻器的直流母線(xiàn)，小變頻器不需接入電網(wǎng)，故也不需求整流模塊，大變頻器外接制動(dòng)電阻。
（3）每個(gè)變頻單元各自接入電網(wǎng)
每個(gè)變頻單元均帶有整流、逆變回路并外接制動(dòng)電阻，直流母線(xiàn)互相銜接起來(lái)。這種情形多用于各變頻單元功率接近的狀況。崩潰后還能夠獨(dú)立運(yùn)用，互不影響。
本文引見(jiàn)的直流共母線(xiàn)為第三種方式，相比前兩種有很大優(yōu)勢(shì)：
a、共用直流母線(xiàn)能夠大大減少制動(dòng)單元的反復(fù)配置，構(gòu)造簡(jiǎn)單合理，經(jīng)濟(jì)牢靠。
b、共用直流母線(xiàn)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)的動(dòng)搖。
c、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。
d、各個(gè)變頻器在電網(wǎng)中產(chǎn)生的不同次諧波干擾能夠相互抵消，減少電網(wǎng)的諧波畸變率。

2改造前變頻調(diào)速系統(tǒng)計(jì)劃

2.1離心機(jī)控制系統(tǒng)引見(jiàn)
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，一切控制系統(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(huà)出其中四臺(tái)，其他八臺(tái)與此相似。系統(tǒng)圖如圖1所示。

 
圖1 改造前變頻器及制動(dòng)單元系統(tǒng)原理圖

由圖1可知，每一臺(tái)變頻器需求一臺(tái)回饋制動(dòng)單元，各自的控制系統(tǒng)完整獨(dú)立，

2.2剎車(chē)時(shí)制開(kāi)工作剖析
當(dāng)離心機(jī)剎車(chē)時(shí)，電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)中所貯存的機(jī)械能經(jīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成電能，經(jīng)過(guò)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)，假如變頻器中沒(méi)采取耗費(fèi)能量的措施，這局部能量將招致中間回路的儲(chǔ)能電容器的電壓上升，此時(shí)電容的直流母線(xiàn)電壓抬升，當(dāng)升至680V時(shí)，制動(dòng)單元開(kāi)端工作，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(xiàn)電壓維持在680V（有的690V）以下，變頻器不至于報(bào)過(guò)電壓毛病。單臺(tái)時(shí)變頻器制動(dòng)單元?jiǎng)x車(chē)時(shí)的電流曲線(xiàn)如圖2，剎車(chē)時(shí)間為3分種，測(cè)試儀器為FLUKE 43B 單相電能質(zhì)量剖析儀，剖析軟件為《FlukeView Power Quality Analyzer Version 3.10.1》。

 
圖2 制動(dòng)單元工作時(shí)的電流曲線(xiàn)
由此可見(jiàn)每次剎車(chē)時(shí)，制動(dòng)單元必然工作，最大電流達(dá)27A。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)。

3、改造后變頻調(diào)速系統(tǒng)計(jì)劃

3.1共直流母線(xiàn)的處置辦法
采用共用直流母線(xiàn)很重要的一點(diǎn)就是上電時(shí)必需充沛思索到變頻器的控制、傳動(dòng)毛病、負(fù)載特性和輸入主回路維護(hù)等。該計(jì)劃包括3相進(jìn)線(xiàn)（堅(jiān)持同一相位）、直流母線(xiàn)、通用變頻器組、公共制動(dòng)單元或能量回饋安裝和一些隸屬元件。 關(guān)于通用變頻器而言，圖3所示為在其中一種應(yīng)用比擬普遍的計(jì)劃。選用第三種改造計(jì)劃后的主電路系統(tǒng)圖如圖3，圖3中空氣開(kāi)關(guān)Q1至Q4是每個(gè)變頻器的進(jìn)線(xiàn)維護(hù)安裝，KM1至KM4為每臺(tái)變頻器的上電接觸器。KMZ1至KMZ3為直流母線(xiàn)的并聯(lián)接觸器。1#、2#離心機(jī)共用一個(gè)制動(dòng)單元，組成一組，3#、4#離心機(jī)共用一個(gè)制動(dòng)單元，組成一組，當(dāng)兩組都正常時(shí)能夠并接在一同。同時(shí)也是基于現(xiàn)場(chǎng)操作工人的工作時(shí)序，1#、2#離心機(jī)不同時(shí)剎車(chē)，3#、4#離心機(jī)不同時(shí)剎車(chē)。正常工作時(shí)普通為兩臺(tái)離心機(jī)1#、3#為一組，2#、4#為一組，四臺(tái)離心機(jī)普通不會(huì)同時(shí)剎車(chē)。由于實(shí)踐工作現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜環(huán)境常常會(huì)招致電網(wǎng)的動(dòng)搖并發(fā)作高次諧波。也可用于增加電源阻抗并輔佐吸收左近設(shè)備投入工作時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓和主電源的電壓尖峰，從而最終維護(hù)變頻器的整流單元。每臺(tái)變頻器也能夠運(yùn)用進(jìn)線(xiàn)電抗器來(lái)有效地避免這些要素對(duì)變頻器的影響。本項(xiàng)目改造中由于原設(shè)備沒(méi)有裝進(jìn)線(xiàn)電抗器，故并沒(méi)有畫(huà)出進(jìn)線(xiàn)電抗器及其他諧波管理安裝。

圖3 改造后變頻器及制動(dòng)單元系統(tǒng)原理圖

3.2控制系統(tǒng)的計(jì)劃
控制線(xiàn)路如圖4，四臺(tái)變頻器上電后，每臺(tái)變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)準(zhǔn)備好后，設(shè)置變頻器毛病繼電器輸出端子的輸出選項(xiàng)為“變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)準(zhǔn)備好”，只要變頻器上電，并且正常以后，才能夠并接在一同，如恣意一臺(tái)有毛病，直流母線(xiàn)接觸器就不吸合。變頻器毛病繼電器輸出端子TA、TC為常開(kāi)觸點(diǎn)，上電后變頻器“變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)準(zhǔn)備好”，各變頻器的TA、TC吸合，直流母線(xiàn)并聯(lián)接觸器依次吸合。否則接觸器就斷開(kāi)。

 
圖4 改造后的制動(dòng)單元并聯(lián)控制原理圖

3.3該計(jì)劃特性
（1）運(yùn)用一個(gè)完好的變頻器，而不是單純的整流橋加多個(gè)逆變器計(jì)劃。
（2) 不需求有別離的整流橋、充電單元、電容組和逆變器。
（3）每一個(gè)變頻器都能夠單獨(dú)從直流母線(xiàn)中別離進(jìn)去而不影響其他系統(tǒng)。
（4）經(jīng)過(guò)連鎖接觸器來(lái)控制變頻器的DC共用母線(xiàn)的聯(lián)絡(luò)。
（5）連鎖控制來(lái)維護(hù)掛在直流母線(xiàn)上的變頻器的電容單元。
（6) 一切掛在母線(xiàn)上的變頻器必需運(yùn)用同一個(gè)三相電源。
（7) 變頻器毛病后快速地與 DC 母線(xiàn)斷開(kāi)以進(jìn)一步減少變頻器毛病范圍。
3.4變頻器主要參數(shù)設(shè)置
運(yùn)轉(zhuǎn)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
毛病繼電器輸出選擇 F7.12=15
AO1輸出功用 F7.26=2

3.5 改造后的測(cè)試數(shù)據(jù)
停車(chē)時(shí)進(jìn)線(xiàn)電壓： 3PH 380VAC
母線(xiàn)電壓： 530VDC
直流母線(xiàn)電壓： 650V

4、節(jié)能剖析
回饋制動(dòng)單元相比電阻能耗制動(dòng)自身就是一種節(jié)能的應(yīng)用，可是請(qǐng)求每臺(tái)變頻器需求剎車(chē)時(shí)配用一臺(tái)制動(dòng)單元。必然請(qǐng)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)錢(qián)和變頻器價(jià)錢(qián)相差不大，工作持續(xù)率卻不是很高。共用直流母線(xiàn)變頻器驅(qū)動(dòng)在離心機(jī)上的普遍應(yīng)用，較好的處理了當(dāng)一個(gè)變頻器升速，另一個(gè)變頻器剎車(chē)時(shí)，平衡了“一個(gè)吃不飽、一個(gè)吃的吐”，的問(wèn)題，該計(jì)劃減少了制動(dòng)單元的反復(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)，進(jìn)步了電網(wǎng)的電能質(zhì)量。在減少設(shè)備投入，增加設(shè)備運(yùn)用率，節(jié)約設(shè)備、節(jié)能方面有特別重要的意義。

5 結(jié)束語(yǔ)
通用變頻器共用直流母線(xiàn)的普遍應(yīng)用，較好的處理了電能耗費(fèi)與電能回饋時(shí)間段不同步這個(gè)問(wèn)題，對(duì)減少設(shè)備投入、降低電網(wǎng)干擾和進(jìn)步設(shè)備應(yīng)用率有特別重要的意義。

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