|
石藥集團 白獻剛 夏乃學 貢俊鵬 熊彥梅
Bai Xiangang Xia naixue Gongjunpeng Xiong Yanmei
摘 要：本文介紹了變頻器直流共母線在石藥集團維生藥業離心機上的應用。
關鍵詞：變頻器 共直流母線 離心機 能量回饋 節能
Abstract: This paper introduces the inverter Common DC bus and its applying in centrifuge in Shijiazhuang Pharma.Weisheng Pharmaceutical(Shijiazhuang)Co.,Ltd..
Key words: Inverter Common DC bus Centrifuge Energy feedback Energy-saving
[中圖分類號] TP276 [文獻標識碼] B 文章編號1561-0330(2010)03-0000-00
1引言
zaihuagongqiyedianqichuandongzhong，lixinjidebianpinchuandongyingyongfeichangpubian，youyugongyihequdongshebeidegezhongyuanyin，zaishengnengliangdexianxiangjingchangfasheng，zaitongyongbianpinqizhong，duizaishengnengliangzuichangyongdechulifangshiyouliangzhong：（1）耗散到直流回路中人為設置的與電容器並聯的“製動電阻”中，稱之為動力製動狀態；（2）使之回饋到電網，則稱之為回饋製動狀態（又稱再生製動狀態）。直流共母線的原理是基於通用變頻裝置均采用交－直－jiaobianpinfangshi，dangdianjichuyuzhidongzhuangtaishi，qizhidongnengliangfankuidaozhiliuce，weilegenghaodechulifankuizhidongnengliang，renmencaiyonglebagebianpinzhuangzhidezhiliucelianjieqilaidefangshi。pirudangyitaibianpinqichuyuzhidongerlingyitaibianpinqichuyujiasuzhuangtai，zheyangnengliangkeyihubu。benwentichuleyizhongtongyongbianpinqizaihuagongqiyelixinjizhonggongzhiliumuxiandefangan，bingchanshuleqizailixinjishanghuikuidanyuandejinyibuyingyong。
目前直流共母線有多種方式：
（1）公用一個獨立的整流器
該gai整zheng流liu單dan元yuan可ke以yi是shi不bu能neng逆ni變bian，也ye可ke以yi是shi可ke逆ni變bian的de。前qian者zhe能neng量liang通tong過guo外wai接jie製zhi動dong電dian阻zu消xiao耗hao掉diao，後hou者zhe可ke以yi充chong分fen地di將jiang直zhi流liu母mu線xian上shang的de多duo餘yu能neng量liang直zhi接jie反fan饋kui到dao電dian網wang中zhong來lai，具ju有you更geng好hao的de節jie能neng、環保意義，缺點是價格比前者要高。
（2）大變頻單元接入電網
小變頻器公用大變頻器的直流母線，小變頻器不需接入電網，故也不需要整流模塊，大變頻器外接製動電阻。
（3）每個變頻單元各自接入電網
每個變頻單元均帶有整流、逆變回路並外接製動電阻，直流母線相互連接起來。這種情形多用於各變頻單元功率接近的情況。解體後還可以獨立使用，互不影響。
本文介紹的直流共母線為第三種方式，相比前兩種有很大優勢：
a、共用直流母線可以大大減少製動單元的重複配置，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，電容並聯儲能容量大，能減少電網的波動。
c、各電動機工作在不同狀態下，能量回饋互補，優化了係統的動態特性。
d、各個變頻器在電網中產生的不同次諧波幹擾可以互相抵消，減少電網的諧波畸變率。
2改造前變頻調速係統方案
2.1離心機控製係統介紹
改造的離心機共12台、每台控製係統都是一樣。變頻器為艾默生EV2000係列22kW，恒轉矩型，回饋單元皆為加能的IPC-PF-1S回饋製動單元，所有控製係統集中在一個配電室中。兩台離心機共用一個GGD控製櫃，限於篇幅隻畫出其中四台，其餘八台與此類似。係統圖如圖1所示。
圖1 改造前變頻器及製動單元係統原理圖
由圖1可知，每一台變頻器需要一台回饋製動單元，各自的控製係統完全獨立，
2.2刹車時製動工作分析
當(dang)離(li)心(xin)機(ji)刹(sha)車(che)時(shi)，電(dian)動(dong)機(ji)將(jiang)處(chu)於(yu)再(zai)生(sheng)發(fa)電(dian)製(zhi)動(dong)狀(zhuang)態(tai)，係(xi)統(tong)中(zhong)所(suo)儲(chu)存(cun)的(de)機(ji)械(xie)能(neng)經(jing)電(dian)動(dong)機(ji)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)電(dian)能(neng)，通(tong)過(guo)逆(ni)變(bian)器(qi)的(de)六(liu)個(ge)續(xu)流(liu)二(er)極(ji)管(guan)回(hui)送(song)到(dao)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)直(zhi)流(liu)回(hui)路(lu)中(zhong)。此(ci)時(shi)的(de)逆(ni)變(bian)器(qi)處(chu)於(yu)整(zheng)流(liu)狀(zhuang)態(tai)。這(zhe)時(shi)，如(ru)果(guo)變(bian)頻(pin)器(qi)中(zhong)沒(mei)采(cai)取(qu)消(xiao)耗(hao)能(neng)量(liang)的(de)措(cuo)施(shi)，這(zhe)部(bu)分(fen)能(neng)量(liang)將(jiang)導(dao)致(zhi)中(zhong)間(jian)回(hui)路(lu)的(de)儲(chu)能(neng)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)電(dian)壓(ya)上(shang)升(sheng)，此(ci)時(shi)電(dian)容(rong)的(de)直(zhi)流(liu)母(mu)線(xian)電(dian)壓(ya)抬(tai)升(sheng)，當(dang)升(sheng)至(zhi)680V時，製動單元開始工作，即回饋多餘的電能到電網側，此時單台變頻器直流母線電壓維持在680V（有的690V）以下，變頻器不至於報過電壓故障。單台時變頻器製動單元刹車時的電流曲線如圖2，刹車時間為3分種，測試儀器為FLUKE 43B 單相電能質量分析儀，分析軟件為《FlukeView Power Quality Analyzer Version 3.10.1》。
圖2 製動單元工作時的電流曲線
由此可見每次刹車時，製動單元必然工作，最大電流達27A。而製動單元的額定電流為45A。顯然製動單元處於半載狀態。
3改造後變頻調速係統方案
3.1共直流母線的處置方法
采用共用直流母線很重要的一點就是上電時必需充分考慮到變頻器的控製、傳動故障、負載特性和輸入主回路維護等。該方案包括3相進線（堅持同一相位）、直流母線、通用變頻器組、公共製動單元或能量回饋裝置和一些附屬元件。 對於通用變頻器而言，圖3所示為在其中一種應用比較廣泛的方案。選用第三種改造方案後的主電路係統圖如圖3，圖3中空氣開關Q1至Q4是每個變頻器的進線保護裝置，KM1至KM4為每台變頻器的上電接觸器。KMZ1至KMZ3為直流母線的並聯接觸器。1#、2#離心機共用一個製動單元，組成一組，3#、4#離心機共用一個製動單元，組成一組，當兩組都正常時可以並接在一起。同時也是基於現場操作工人的工作時序，1#、2#離心機不同時刹車，3#、4#離心機不同時刹車。正常工作時一般為兩台離心機1#、3#為一組，2#、4#weiyizu，sitailixinjiyibanbuhuitongshishache。youyushijigongzuoxianchangdefuzahuanjingwangwanghuidaozhidianwangdedongyaobingfashenggaocixiebo。yekeyongyuzengjiadianyuanzukangbingxiezhuxishoufujinshebeitourugongzuoshichanshengdelangyongdianyahezhudianyuandedianyajianfeng，congerzuizhongweihubianpinqidezhengliudanyuan。meitaibianpinqiyekeyishiyongjinxiandiankangqilaiyouxiaodifangzhizhexieyinsuduibianpinqideyingxiang。benxiangmugaizaozhongyouyuyuanshebeimeiyouzhuangjinxiandiankangqi，gubingmeiyouhuachujinxiandiankangqijiqitaxiebozhilizhuangzhi。
圖3 改造後變頻器及製動單元係統原理圖
3.2控製係統的方案
控製線路如圖4，四台變頻器上電後，每台變頻器運行準備好後，設置變頻器故障繼電器輸出端子的輸出選項為“變頻器運行準備好”，隻有變頻器上電，並且正常以後，才可以並接在一起，如任意一台有故障，直流母線接觸器就不吸合。變頻器故障繼電器輸出端子
TA、TC為常開觸點，上電後變頻器“變頻器運行準備好”，各變頻器的TA、TC吸合，直流母線並聯接觸器依次吸合。否則接觸器就斷開。
圖4 改造後的製動單元並聯控製原理圖
3.3該方案特點
（1）使用一個完整的變頻器，而不是單純的整流橋加多個逆變器方案。
（2) 不需要有分離的整流橋、充電單元、電容組和逆變器。
（3）每一個變頻器都可以單獨從直流母線中分離進去而不影響其他係統。
（4）通過連鎖接觸器來控製變頻器的DC共用母線的聯絡。
（5）連鎖控製來保護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三相電源。
（7) 變頻器故障後快速地與 DC 母線斷開以進一步縮小變頻器故障範圍。
3.4變頻器主要參數設置
運行命令通道選擇 F0.03=1
最高操作頻率設定 F0.05=50
加速時間1設定 F0.10=300
減速時間1設定 F0.11=300
故障繼電器輸出選擇 F7.12=15
AO1輸出功能 F7.26=2
3.5改造後的測試數據
停車時進線電壓： 3PH 380VAC
母線電壓： 530VDC
直流母線電壓： 650V
當一台升速時，母線電壓降低，此時另一台降速，直流母線電壓在540~670V波動，製動單元在此時沒有開啟，製動單元一般工作的DC電壓為680V如圖5測試分析。
圖5 改造後的製動單元工作電流監視圖
4節能分析
回(hui)饋(kui)製(zhi)動(dong)單(dan)元(yuan)相(xiang)比(bi)電(dian)阻(zu)能(neng)耗(hao)製(zhi)動(dong)本(ben)身(shen)就(jiu)是(shi)一(yi)種(zhong)節(jie)能(neng)的(de)應(ying)用(yong)，可(ke)是(shi)要(yao)求(qiu)每(mei)台(tai)變(bian)頻(pin)器(qi)需(xu)要(yao)刹(sha)車(che)時(shi)配(pei)用(yong)一(yi)台(tai)製(zhi)動(dong)單(dan)元(yuan)。必(bi)然(ran)要(yao)求(qiu)有(you)幾(ji)台(tai)變(bian)頻(pin)器(qi)就(jiu)得(de)配(pei)幾(ji)台(tai)製(zhi)動(dong)單(dan)元(yuan)，而(er)製(zhi)動(dong)單(dan)元(yuan)的(de)價(jia)格(ge)和(he)變(bian)頻(pin)器(qi)價(jia)格(ge)相(xiang)差(cha)不(bu)大(da)，工(gong)作(zuo)持(chi)續(xu)率(lv)卻(que)不(bu)是(shi)很(hen)高(gao)。共(gong)用(yong)直(zhi)流(liu)母(mu)線(xian)變(bian)頻(pin)器(qi)驅(qu)動(dong)在(zai)離(li)心(xin)機(ji)上(shang)的(de)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)，較(jiao)好(hao)的(de)解(jie)決(jue)了(le)當(dang)一(yi)個(ge)變(bian)頻(pin)器(qi)升(sheng)速(su)，另(ling)一(yi)個(ge)變(bian)頻(pin)器(qi)刹(sha)車(che)時(shi)，均(jun)衡(heng)了(le)“一個吃不飽、一個吃的吐”，dewenti，gaifanganjianshaolezhidongdanyuandezhongfushezhi，jiangdilegongzuocishude，yejianshaoleduidianwangdeganraocishu，tigaoledianwangdediannengzhiliang。zaijianshaoshebeitouru，zengjiashebeishiyonglv，jieyueshebei、節能方麵有特別重要的意義。
5結束語
通用變頻器共用直流母線的廣泛應用，較好的解決了電能消耗與電能回饋時間段不同步這個問題，對減少設備投入、降低電網幹擾和提高設備利用率有特別重要的意義。
參考文獻
[1] 艾默生EV2000變頻器中文技術手冊．艾默生網絡能源有限公司．
[2] IPC電能回饋和電阻製動單元用戶手冊．深圳加能公司．
[3] 杜金城．電氣變頻調速設計技術[M]．北京：中國電力出版社，2002．
[4] 仲明振，趙相賓．低壓變頻器應用手冊[M]．北京：機械工業出版社，2009．
作者簡介
白獻剛（1979-） 男 ，電氣工程及其自動化專業，現任職於石藥集團維生藥業（石家莊）有限公司電氣管理。
|
