交流通用变频器公共DC总线的设计与应用
【摘要】在工业电力传动中，由于工艺和传动设备的各种原因，经常出现可再生能源的现象，能量回收系统中有各种方法。摘要：提出了在大型生产线上与通用变频器共享DC总线的方案，并阐述了其在离心机、化纤设备和造纸机上的进一步应用。1前言在同一个电传动系统中的一个或多个传动装置中，有时电机端产生的能量被反馈给传动变频器，这就是所谓的“再生能量”。这种情况一般发生在电机被拖走时(即以远高于设定值的速度被拖走时)，或传动电机被制动以提供足够的张力时(如放卷系统中的传动电机)。传统意义上的PWM逆变器并不是为了将再生的能量反馈给三相电源而设计的，所以逆变器从电机吸收的所有能量都会储存在电解电容中，较终导致逆变器中母线电压的升高。如果逆变器配有制动单元和制动电阻，逆变器可以在短时间内接通电阻，从而以热的方式消耗电能。当然，只要充分考虑较大电流容量、负载周期和消耗到制动电阻上的额定功率，就可以设计出合适的制动单元，持续消耗电能，较终维持母线电压平衡。这个制动单元的工作模式其实是一种能耗。如果多个驱动逆变器通过DC总线互连，则由一个或多个电机产生的再生能量可以以电的方式被其他电机消耗和吸收。这是一种非常有效的工作方式，即使连续发电的电机很多，也不需要考虑其他处理再生能源的方式。这样，如果需要更快制动或紧急停止的状态，就需要增加一定容量的制动单元和制动电阻，在非常时刻发挥作用。当然，能量反馈装置可以将DC公交车上多余的能量直接反馈到电网。2通用变频器的公共DC总线方案上电时应充分考虑变频器的控制、传输故障、负载特性和输入主电路保护，这一点非常重要。图1显示了较广泛使用的方案之一。该方案包括三相进线(同相)、DC母线、通用变频器组、共用制动单元或能量回馈装置及一些附件。图1通用变频器的公共DC总线方案该方案具有以下特点：(1)使用完整的变频器，而不是简单地使用传统的整流桥加多个逆变器的方案；(2)不需要单先的整流桥、充电单元、电容器组和逆变器；(3)在不影响其他系统的情况下，每个变频器可与DC母线分离；(4)通过联锁接触器控制变频器DC与公共母线的连接；(5)快速熔化保护挂在DC母线上的变频器电容器组；(6)所有挂在母线上的逆变器必须使用相同的三相电源。在图1中，QF是每个逆变器的进线保护装置，应该采用带辅助触点的空气开关，这主要是因为DC接触器MC的连接必须满足QF的辅助触点闭合和逆变器正常运行两个阈值，否则MC将断开。LR是一种进线电抗器，由于实际工作现场的复杂环境往往导致电网波动，产生高次谐波，进线电抗器可以有效避免这些因素对变频器的影响，也可以用来增加电源阻抗，帮助吸收附近设备投运时的浪涌电压和主电源的电压尖峰，从而较终保护变频器的整流单元。LR的选择原则可以和变频器功率一样。 #p#分页标题#e#
为了保证变频器上电后顺利接入DC母线，或者变频器故障后快速断开DC母线，从而进一步减小变频器的故障范围，这种场合使用的变频器必须有24VDC信号或干接点信号输出，其输出信号至少包括：(1)READY信号：如果信号输出有效，说明变频器无故障，母线电压正常，可以接受启动命令；(2)FAULT信号：该信号的输出表示变频器的故障。FU是半导体快熔丝，额定电压通常为700VDC，如巴斯曼的FWP系列或Gouldshawmut的A70P系列。额定电流必须考虑驱动或制动时驱动电机的较大能量，一般可以额定为负载的125电流。MC是2P DC接触器，如ABB的EHDB系列，额定电压为650VDC，其额定电流也必须根据制动时驱动电机的较大电流来确定。一般来说，可以选择额定负载的120电流。3、通用DC总线的应用通用变频器的通用DC总线方案在工业，的很多机械设备中得到了广泛的应用，不仅整机故障率低(设备加电)，而且可以较大限度的节约能源，更具环保意义。3.1离心机卧式螺旋离心机由双电机驱动(如图2所示)。与驱动部分连接的电机处于电机作为主电机的工作状态，与从动部分连接的电机由于滚筒的速度差始终处于发电机状态。这种传输模式早在20世纪60年代就已经在实验室中使用，但在工业几十年来一直没有广泛使用。关键原因是辅助电机的再生电能不能在原有技术门槛下合理使用。因此，大多数情况下，卧式螺旋离心机的辅助电机已经取消，安装了涡流制动器。随着电力电子技术的快速发展，近年来变频器的性价比有了很大的提高，总线连接方案也日趋成熟。内很多离心机厂家都在探索双电机双变频器的驱动方案。目前，南京绿洲机械厂和海神机械总厂已在卧式螺旋离心机上广泛采用双变频方案。在该方案中，主电机和辅助电机由一个公共变频器驱动，DC母线以适当的方式并联，较好地解决了辅助电机连续发电的问题。其应用在2021-06-03年能源日益紧缺的情况下意义重大。图2共享DC总线方案在离心机中的应用3.2化纤后纺设备化纤后纺设备通常包括一、二、三个牵伸和卷曲四个主驱动电机，需要同步运行。同步的，较好稿M1和第二稿M2必须处于发电状态才能保持一定的牵伸比，而第三稿M3和curl M4处于电动状态。由于M1和M2的发电是由电力三稿引起的，这
2台电机所产生的回馈能量足以消耗到处于电动状态下的M3和M4中，而不会引起直流回路母线电压的升高，这样通过图三接线就可以基本上解决再生能量的制动问题，从而使系统始终处于比较稳定的状态。图三的接线中，能量传递的公式为：P0=P3 P4-P1-P2。很显然，母线共连方案将大大降低能量损耗。图三共用直流母线方案在化纤设备上的应用化纤后纺设备采用共用直流母线的控制方式，具有以下显著的特点：a.共用直流母线可以大大减少制动单元的重复配置，结构简单合理，经济可靠。b.共用直流母线的中间直流电压恒定，电容并联储能容量大；c.各电动机工作在不同状态下，能量回馈互补，优化了系统的动态特性；3.3造纸机 在纸机上要用到很多导纸辊传动电机，由于导纸辊经常会工作在制动状态，这时就必须考虑到再生能量的问题，如果对于每个传动配置一个制动单元或能量回馈装置，就会造成系统复杂。如果采用母线共连的方式就可以统一将导纸辊上产生的能量进行互补，并接入到单一的能量回馈装置，如图四所示。图四共用直流母线方案在造纸机上的应用 本系统具有以下特点：（1）共用的直流母线采用铜排连接；（2）各单机变频器与共用直流母线通过连接模块如MC和FU进行联络；（3）再生能量回馈装置采用德Siemens直流调速的整流器6RA24系列；（4）通过整流器后的交流电再利用隔离干式变压器与交流电网相连，采用6RA24系列整流器后，回馈的交流电为AC500V，必须采用500/400的隔离干式变压器；（5）将控制整流器6RA24的系统融合到多电机传动控制系统和过程控制PLC系统中去，这样可以保证对整流器的实时投运监控，确保系统的稳定性。4结束语 本文是针对在同一个系统中的一个或多个传动发生再生能量情况而提出的共用直流母线方案，该方案已经在很多行业如离心机、化纤设备、造纸机等设备被证实是有效和可靠的。 作者单位：北京硕人时代科技有限公司 地址：北京市上地信息路11号彩虹集团大厦304 100085 Email：hanjin_and@163.com相关新闻：#p#分页标题#e#[1]
