【摘要】在工業(yè)電力傳動(dòng)中，由于工藝和傳動(dòng)設(shè)備的各種原因，經(jīng)常出現(xiàn)可再生能源的現(xiàn)象，能量回收系統(tǒng)中有各種方法。摘要：提出了在大型生產(chǎn)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(jī)、化纖設(shè)備和造紙機(jī)上的進(jìn)一步應(yīng)用。1前言在同一個(gè)電傳動(dòng)系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)傳動(dòng)裝置中，有時(shí)電機(jī)端產(chǎn)生的能量被反饋給傳動(dòng)變頻器，這就是所謂的“再生能量”。這種情況一般發(fā)生在電機(jī)被拖走時(shí)(即以遠(yuǎn)高于設(shè)定值的速度被拖走時(shí))，或傳動(dòng)電機(jī)被制動(dòng)以提供足夠的張力時(shí)(如放卷系統(tǒng)中的傳動(dòng)電機(jī))。傳統(tǒng)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(shè)計(jì)的，所以逆變器從電機(jī)吸收的所有能量都會(huì)儲(chǔ)存在電解電容中，較終導(dǎo)致逆變器中母線電壓的升高。如果逆變器配有制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，逆變器可以在短時(shí)間內(nèi)接通電阻，從而以熱的方式消耗電能。當(dāng)然，只要充分考慮較大電流容量、負(fù)載周期和消耗到制動(dòng)電阻上的額定功率，就可以設(shè)計(jì)出合適的制動(dòng)單元，持續(xù)消耗電能，較終維持母線電壓平衡。這個(gè)制動(dòng)單元的工作模式其實(shí)是一種能耗。如果多個(gè)驅(qū)動(dòng)逆變器通過(guò)DC總線互連，則由一個(gè)或多個(gè)電機(jī)產(chǎn)生的再生能量可以以電的方式被其他電機(jī)消耗和吸收。這是一種非常有效的工作方式，即使連續(xù)發(fā)電的電機(jī)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(dòng)或緊急停止的狀態(tài)，就需要增加一定容量的制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，在非常時(shí)刻發(fā)揮作用。當(dāng)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(wǎng)。2通用變頻器的公共DC總線方案上電時(shí)應(yīng)充分考慮變頻器的控制、傳輸故障、負(fù)載特性和輸入主電路保護(hù)，這一點(diǎn)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(jìn)線(同相)、DC母線、通用變頻器組、共用制動(dòng)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(diǎn)：(1)使用完整的變頻器，而不是簡(jiǎn)單地使用傳統(tǒng)的整流橋加多個(gè)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(tǒng)的情況下，每個(gè)變頻器可與DC母線分離；(4)通過(guò)聯(lián)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(hù)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(gè)逆變器的進(jìn)線保護(hù)裝置，應(yīng)該采用帶輔助觸點(diǎn)的空氣開關(guān)，這主要是因?yàn)镈C接觸器MC的連接必須滿足QF的輔助觸點(diǎn)閉合和逆變器正常運(yùn)行兩個(gè)閾值，否則MC將斷開。LR是一種進(jìn)線電抗器，由于實(shí)際工作現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜環(huán)境往往導(dǎo)致電網(wǎng)波動(dòng)，產(chǎn)生高次諧波，進(jìn)線電抗器可以有效避免這些因素對(duì)變頻器的影響，也可以用來(lái)增加電源阻抗，幫助吸收附近設(shè)備投運(yùn)時(shí)的浪涌電壓和主電源的電壓尖峰，從而較終保護(hù)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(yè)標(biāo)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(jìn)一步減小變頻器的故障范圍，這種場(chǎng)合使用的變頻器必須有24VDC信號(hào)或干接點(diǎn)信號(hào)輸出，其輸出信號(hào)至少包括：(1)READY信號(hào)：如果信號(hào)輸出有效，說(shuō)明變頻器無(wú)故障，母線電壓正常，可以接受啟動(dòng)命令；(2)FAULT信號(hào)：該信號(hào)的輸出表示變頻器的故障。FU是半導(dǎo)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(qū)動(dòng)或制動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的較大能量，一般可以額定為負(fù)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(jù)制動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的較大電流來(lái)確定。一般來(lái)說(shuō)，可以選擇額定負(fù)載的120電流。3、通用DC總線的應(yīng)用通用變頻器的通用DC總線方案在工業(yè)，的很多機(jī)械設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用，不僅整機(jī)故障率低(設(shè)備加電)，而且可以較大限度的節(jié)約能源，更具環(huán)保意義。3.1離心機(jī)臥式螺旋離心機(jī)由雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)(如圖2所示)。與驅(qū)動(dòng)部分連接的電機(jī)處于電機(jī)作為主電機(jī)的工作狀態(tài)，與從動(dòng)部分連接的電機(jī)由于滾筒的速度差始終處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)。這種傳輸模式早在20世紀(jì)60年代就已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中使用，但在工業(yè)幾十年來(lái)一直沒有廣泛使用。關(guān)鍵原因是輔助電機(jī)的再生電能不能在原有技術(shù)門檻下合理使用。因此，大多數(shù)情況下，臥式螺旋離心機(jī)的輔助電機(jī)已經(jīng)取消，安裝了渦流制動(dòng)器。隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，近年來(lái)變頻器的性價(jià)比有了很大的提高，總線連接方案也日趨成熟。內(nèi)很多離心機(jī)廠家都在探索雙電機(jī)雙變頻器的驅(qū)動(dòng)方案。目前，南京綠洲機(jī)械廠和海神機(jī)械總廠已在臥式螺旋離心機(jī)上廣泛采用雙變頻方案。在該方案中，主電機(jī)和輔助電機(jī)由一個(gè)公共變頻器驅(qū)動(dòng)，DC母線以適當(dāng)?shù)姆绞讲⒙?lián)，較好地解決了輔助電機(jī)連續(xù)發(fā)電的問(wèn)題。其應(yīng)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(jī)中的應(yīng)用3.2化纖后紡設(shè)備化纖后紡設(shè)備通常包括一、二、三個(gè)牽伸和卷曲四個(gè)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)，需要同步運(yùn)行。同步的，較好稿M1和第二稿M2必須處于發(fā)電狀態(tài)才能保持一定的牽伸比，而第三稿M3和curl M4處于電動(dòng)狀態(tài)。由于M1和M2的發(fā)電是由電力三稿引起的，這

2臺(tái)電機(jī)所產(chǎn)生的回饋能量足以消耗到處于電動(dòng)狀態(tài)下的M3和M4中，而不會(huì)引起直流回路母線電壓的升高，這樣通過(guò)圖三接線就可以基本上解決再生能量的制動(dòng)問(wèn)題，從而使系統(tǒng)始終處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)。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(shè)備上的應(yīng)用化纖后紡設(shè)備采用共用直流母線的控制方式，具有以下顯著的特點(diǎn)：a.共用直流母線可以大大減少制動(dòng)單元的重復(fù)配置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，經(jīng)濟(jì)可靠。b.共用直流母線的中間直流電壓恒定，電容并聯(lián)儲(chǔ)能容量大；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；3.3造紙機(jī) 在紙機(jī)上要用到很多導(dǎo)紙輥傳動(dòng)電機(jī)，由于導(dǎo)紙輥經(jīng)常會(huì)工作在制動(dòng)狀態(tài)，這時(shí)就必須考慮到再生能量的問(wèn)題，如果對(duì)于每個(gè)傳動(dòng)配置一個(gè)制動(dòng)單元或能量回饋裝置，就會(huì)造成系統(tǒng)復(fù)雜。如果采用母線共連的方式就可以統(tǒng)一將導(dǎo)紙輥上產(chǎn)生的能量進(jìn)行互補(bǔ)，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(jī)上的應(yīng)用 本系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：（1）共用的直流母線采用銅排連接；（2）各單機(jī)變頻器與共用直流母線通過(guò)連接模塊如MC和FU進(jìn)行聯(lián)絡(luò)；（3）再生能量回饋裝置采用德Siemens直流調(diào)速的整流器6RA24系列；（4）通過(guò)整流器后的交流電再利用隔離干式變壓器與交流電網(wǎng)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(tǒng)融合到多電機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)和過(guò)程控制PLC系統(tǒng)中去，這樣可以保證對(duì)整流器的實(shí)時(shí)投運(yùn)監(jiān)控，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4結(jié)束語(yǔ) 本文是針對(duì)在同一個(gè)系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)傳動(dòng)發(fā)生再生能量情況而提出的共用直流母線方案，該方案已經(jīng)在很多行業(yè)如離心機(jī)、化纖設(shè)備、造紙機(jī)等設(shè)備被證實(shí)是有效和可靠的。 作者單位：北京碩人時(shí)代科技有限公司 地址：北京市上地信息路11號(hào)彩虹集團(tuán)大廈304 100085 Email：hanjin_and@163.com相關(guān)新聞：#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

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