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直流(變壓器直流電阻測(cè)試儀儀)母線在離心機(jī)上的應(yīng)用

瀏覽次數(shù):3254發(fā)布日期:2010-11-05

直流(變壓器直流電阻測(cè)試儀)母線在離心機(jī)上的應(yīng)用

在化工企業(yè)電氣傳動(dòng)中,離心機(jī)的變頻傳動(dòng)應(yīng)用非常普遍,由于工藝和驅(qū)動(dòng)設(shè)備的各種原因,再生能量的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生,在通用變頻器中,對(duì)再生能量zui常用的處理方式有兩種:(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,稱之為動(dòng)力制動(dòng)狀態(tài);(2)使之回饋到電網(wǎng),則稱之為回饋制動(dòng)狀態(tài)(又稱再生制動(dòng)狀態(tài))。直流共母線的原理是基于通用變頻裝置均采用交-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)能量反饋到直流側(cè),為了更好的處理反饋制動(dòng)能量,人們采用了把各變頻裝置的直流側(cè)連接起來(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),這樣變壓器直流電阻測(cè)試儀能量可以互補(bǔ)。本文提出了一種通用變頻器在化工企業(yè)離心機(jī)中共直流母線的方案,并闡述了其在離心機(jī)上回饋單元的進(jìn)一步應(yīng)用。

目前直流共母線有多種方式:
(1)變壓器直流電阻測(cè)試儀公用一個(gè)獨(dú)立的整流器
該整流單元可以是不能逆變,也可以是可逆變的。前者能量通過(guò)外接制動(dòng)電阻消耗掉,后者可以充分地將直流母線上的多余能量直接反饋到電網(wǎng)中來(lái),具有更好的節(jié)能、環(huán)保意義,缺點(diǎn)是價(jià)格比前者要高。
(2)變壓器直流電阻測(cè)試儀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,小變頻器不需接入電網(wǎng),故也不需要整流模塊,大變頻器外接制動(dòng)電阻。
(3)變壓器直流電阻測(cè)試儀每個(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,直流母線相互連接起來(lái)。這種情形多用于各變頻單元功率接近的情況。解體后還可以獨(dú)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(yōu)勢(shì):
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,能減少電網(wǎng)的波動(dòng)。
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可以互相抵消,減少電網(wǎng)的諧波畸變率。
2改造前變頻調(diào)速系統(tǒng)方案
2.1離心機(jī)控制系統(tǒng)介紹
變壓器直流電阻測(cè)試儀改造的離心機(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,所有控制系統(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,限于篇幅只畫出其中四臺(tái),其余八臺(tái)與此類似。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)變頻器需要一臺(tái)回饋制動(dòng)單元,各自的控制系統(tǒng)*獨(dú)立,
2.2剎車時(shí)制動(dòng)工作分析
  當(dāng)離心機(jī)剎車時(shí),電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài),系統(tǒng)中所儲(chǔ)存的機(jī)械能經(jīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成電能,通過(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),如果變頻器中沒(méi)采取消耗能量的措施,這部分能量將導(dǎo)致中間回路的儲(chǔ)能電容器的電壓上升,此時(shí)電容的直流母線電壓抬升,當(dāng)升至680V時(shí),制動(dòng)單元開始工作,即回饋多余的電能到電網(wǎng)側(cè),此時(shí)單臺(tái)變頻器直流母線電壓維持在680V(有的690V)以下,變頻器不至于報(bào)過(guò)電壓故障。單臺(tái)時(shí)變頻器制動(dòng)單元?jiǎng)x車時(shí)的電流曲線如圖2,剎車時(shí)間為3分種,測(cè)試儀器為FLUKE 43B 單相電能質(zhì)量分析儀,分析軟件為《FlukeView Power Quality Analyzer Version 3.10.1》。
圖2 制動(dòng)單元工作時(shí)的電流曲線
  由此可見(jiàn)每次剎車時(shí),制動(dòng)單元必然工作,zui大電流達(dá)27A。而制動(dòng)單元的額定電流為4。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)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(diǎn)就是上電時(shí)必需充分考慮到變頻器的控制、傳動(dòng)故障、負(fù)載特性和輸入主回路維護(hù)等。該方案包括3相進(jìn)線(堅(jiān)持同一相位)、直流母線、通用變頻器組、公共制動(dòng)單元或能量回饋裝置和一些附屬元件。 對(duì)于通用變頻器而言,圖3所示為在其中一種應(yīng)用比較廣泛的方案。選用第三種改造方案后的主電路系統(tǒng)圖如圖3,圖3中空氣開關(guān)Q1至Q4是每個(gè)變頻器的進(jìn)線保護(hù)裝置,KM1至KM4為每臺(tái)變頻器的上電接觸器。KMZ1至KMZ3為直流母線的并聯(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)可以并接在一起。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,3#、4#離心機(jī)不同時(shí)剎車。正常工作時(shí)一般為兩臺(tái)離心機(jī)1#、3#為一組,2#、4#為一組,四臺(tái)離心機(jī)一般不會(huì)同時(shí)剎車。由于實(shí)際工作現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜環(huán)境往往會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的動(dòng)搖并發(fā)生高次諧波。也可用于增加電源阻抗并協(xié)助吸收附近設(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zui終維護(hù)變頻器的整流單元。每臺(tái)變頻器也可以使用進(jìn)線電抗器來(lái)有效地防止這些因素對(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)線電抗器,故并沒(méi)有畫出進(jìn)線電抗器及其他諧波治理裝置。
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)的方案
  控制線路如圖4,四臺(tái)變頻器上電后,每臺(tái)變頻器運(yùn)行準(zhǔn)備好后,設(shè)置變頻器故障繼電器輸出端子的輸出選項(xiàng)為“變頻器運(yùn)行準(zhǔn)備好”,只有變頻器上電,并且正常以后,才可以并接在一起,如任意一臺(tái)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(diǎn),上電后變頻器“變頻器運(yùn)行準(zhǔn)備好”,各變頻器的TA、TC吸合,直流母線并聯(lián)接觸器依次吸合。否則接觸器就斷開。
圖4 改造后的制動(dòng)單元并聯(lián)控制原理圖
3.3該方案特點(diǎn)
(1)使用一個(gè)完整的變頻器,而不是單純的整流橋加多個(gè)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(gè)變頻器都可以單獨(dú)從直流母線中分離進(jìn)去而不影響其他系統(tǒng)。
(4)通過(guò)連鎖接觸器來(lái)控制變頻器的DC共用母線的聯(lián)絡(luò)。
(5)連鎖控制來(lái)保護(hù)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(gè)三相電源。
(7) 變頻器故障后快速地與 DC 母線斷開以進(jìn)一步縮小變頻器故障范圍。
3.4變頻器主要參數(shù)設(shè)置
運(yùn)行命令通道選擇 F0.03=1
zui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
故障繼電器輸出選擇 F7.12=15
AO1輸出功能 F7.26=2
3.5改造后的測(cè)試數(shù)據(jù)
停車時(shí)進(jìn)線電壓: 3PH 380VAC
母線電壓: 530VDC
直流母線電壓: 650V
當(dāng)一臺(tái)升速時(shí),母線電壓降低,此時(shí)另一臺(tái)降速,直流母線電壓在540~670V波動(dòng),制動(dòng)單元在此時(shí)沒(méi)有開啟,制動(dòng)單元一般工作的DC電壓為680V如圖5測(cè)試分析。
圖5 改造后的制動(dòng)單元工作電流監(jiān)視圖
4節(jié)能分析
  回饋制動(dòng)單元相比電阻能耗制動(dòng)本身就是一種節(jié)能的應(yīng)用,可是要求每臺(tái)變頻器需要?jiǎng)x車時(shí)配用一臺(tái)制動(dòng)單元。必然要求有幾臺(tái)變頻器就得配幾臺(tái)制動(dòng)單元,而制動(dòng)單元的價(jià)格和變頻器價(jià)格相差不大,工作持續(xù)率卻不是很高。共用直流母線變頻器驅(qū)動(dòng)在離心機(jī)上的廣泛應(yīng)用,較好的解決了當(dāng)一個(gè)變頻器升速,另一個(gè)變頻器剎車時(shí),均衡了“一個(gè)吃不飽、一個(gè)吃的吐”,的問(wèn)題,該方案減少了制動(dòng)單元的重復(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),提高了電網(wǎng)的電能質(zhì)量。在減少設(shè)備投入,增加設(shè)備使用率,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的廣泛應(yīng)用,較好的解決了電能消耗與電能回饋時(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)干擾和提高設(shè)備利用率有特別重要的意義。
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