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共用直流母线变频器系统的应用领域

来源:艾特贸易网 www.aitmy.com2017-06-04

简介共用直流母线是针对在同一系统中的一个或多个传动产生的再生能量情况而提出的通用变频器调速方案,该方案已经在很多行业的电梯、离心机、化纤设备、造纸机等设备上应用被证实

    共用直流母线是针对在同一系统中的一个或多个传动产生的再生能量情况而提出的通用变频器调速方案,该方案已经在很多行业的电梯、离心机、化纤设备、造纸机等设备上应用被证实是有效和可靠的。    1.电梯    电梯是使用频度较高的交通工具,每年消耗的电能是巨大的。目前,主要使用变频器控制电梯的运行,与以前的交流调压调速电梯相比,电梯在启动及停止时的速度变化较为平稳,电梯加减速时的舒适性较好,极大地满足了乘客对电梯高品质的要求。    电梯是上下运行的负载提升设备。在电梯重载上升及轻载下降时处于耗能状态,需要消耗电能,轻载上升及重载下降时其势能通过电梯电机转变为再生能量,通过逆变器的6个续流二极管送到变频器的直流回路中,这时电机是处于发电状态,需要向外部输送电能,故电梯在一个上下行的运行周期中,有几乎一半的时间电梯的电机处于发电状态,这时电梯不但不需要消耗电能,而且会发出电能。如果变频器中没采取消耗能量的措施,这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升,当制动过快时,这部分能量就可能对变频器造成损坏。如果将这部分电能经电阻白白消耗掉,所造成的能源浪费是非常可观的。    使用四象限变频器可将电梯的再生能量返馈到电网,但存在四象限变频器较昂贵及对电网产生一定程度的污染。    为了更好地利用电机发出的电能,节约开支,通过使用通用变频器组态的共用直流母线系统,则为电梯节能控制系统提供了一种的节能新方式。    电梯的共用直流母线系统可参照图3-51所示的方案进行。    2.离心机    卧螺离心机用双电机驱动如图3-55所示,与主动件相连的电机处于电动机工作状态为主电机,与从动件相连的电机由于转鼓差速的作用始终处于发电机状态的为副电机。该传动方式早在20世纪60年代已应用于实验室,但这种传动方式几十年来没有在工业上获得广泛应用,究其原因关键在于副电机再生的电能在当初的技术条件下不能合理利用。所以,在大多数情况下,卧螺离心机的副电机都被取消,而安装了涡流制动器。    随着电力电子技术的快速发展,近年来变频器的性能价格比大大提高,母线共连的方案也日趋成熟,国内有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,国内的一些卧螺离心机已经开始应用了双变频共用直流方案。在该方案中,主、副电机各用一台普通变频器驱动,直流母线用适当的方式并接,较好地解决了副电机持续发电的问题。    3.化纤后纺设备    化纤后纺设备通常包括四个主要的传动电机,即一道牵伸、二道牵伸、三道牵伸和卷曲电机,它们需要同步运行。在同步时,一道牵伸电机( M1)和二道牵伸电机(M2)为保持一定牵伸比必须处于发电状态,而三道牵伸电机( M3)和卷曲电机(M4)则处于电动状态。由于M1M2发电是由于三道牵伸的电动所引起的,该两台电机所产生的回馈能量足以消耗到处于电动状态下的M3M4中,而不会引起直流回路母线电压的升高。    通过图3-56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。此外,还可根据现场的实际情况来配置能量回馈装置,以完善共用直流母线系统。    3-56所示的接线中:    M1M2的ω与Te反向,故处于发电状态;而M3M4的ω与Te同向,故处于电动状态。能量传递的公式为(输入系统的总能量)    P=P3+P4-P1-P2    很显然,母线共连方案将大大降低能量损耗。    化纤后纺设备采用共用直流母线的控制方式,具有以下显著特点:    (1)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。    (2)共用直流母线的中间直流电压恒定,电容并联储能容量大。    (3)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。
共用直流母线驱动的离心机
    3-55    共用直流母线驱动的离心机
共用直流母线系统驱动的化纤后纺设备方案示意图
    3-56    共用直流母线系统驱动的化纤后纺设备方案示意图    4.造纸机    在造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(发电)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3-57所示。
共用直流母线系统驱动的造纸机方案
    3-57    共用直流母线系统驱动的造纸机方案    因为通过回馈装置的回馈的交流电压为500V( AC),故须配置1500/400的隔离变压器,使通过回馈装置后的交流电经过隔离变压器降压后再与交流电网相连。    共用直流母线系统驱动的造纸机方案具有以下特点:    (1)共用的直流母线采用铜排连接,便于控制柜的制作。    (2)各单机变频器与共用直流母线通过直流接触器和刀熔进行联络,便于隔离和投切。    (3)可配置再生能量回馈装置,完善共用直流母线系统。    (4)将多电机传动控制的共用直流母线变频调速系统及回馈装置统一交给PLC控制,可保证对整个系统的实时投运监控,确保系统的稳定性。    目前,通用变频器的共用直流母线方案已经在工业领域的很多机械设备上得到应用,不仅整机(设备加电气)故障率低,而且能最大程度地节能,大大减少对电网的污染。