同步系統(tǒng)變頻控制與節(jié)能技術(shù)探討

3.2 逆變器共直流母線控制

當(dāng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)工作，有的處于電動(dòng)狀態(tài)，有的處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，處于電動(dòng)狀態(tài)的與處于制動(dòng)狀態(tài)的逆變單元可通過直流母線交換能量，從而減少整流單元回饋單元容量。另外，多臺(tái)逆變單元共用一臺(tái)整流回饋單元，可節(jié)省設(shè)備投資和安裝空間。

共直流母線的方案采用集中整流單元，每單元僅采用逆變單元，相比每臺(tái)整流逆變加變頻器再加獨(dú)立制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻方案，不但降低了成本，而且節(jié)能，是高速同步控制系統(tǒng)的首選方案。但是目前能夠提供這種整流加逆變模塊的廠家很少，存在競(jìng)爭(zhēng)少，產(chǎn)品價(jià)格高的問題。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生了另外一種如圖9 所示局部直流共母線的折中方案。

3.3 局部直流共母線方案

在變頻放卷控制中，電機(jī)一般工作于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)。而且一般情況下，放卷電機(jī)的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于牽引電機(jī)。因此可以采用圖9 所示的方法，對(duì)于放卷變頻器不進(jìn)行輸入交流電連接，只需要將其直流母線直接連接到牽引變頻器的直流母線上，就可以保證放卷變頻器的回饋能量全部被牽引變頻器所利用，既不增加成本，又達(dá)到節(jié)能的目的。

在一些同步應(yīng)用場(chǎng)合，電機(jī)的應(yīng)用臺(tái)數(shù)不多，如果采用完全直流共母線，成本太高，可以將功率接近，電動(dòng)、發(fā)電工作狀態(tài)相同的變頻器放在同一組，采用分段直流共母線的節(jié)能方法。每臺(tái)電機(jī)控制采用變頻器加直流制動(dòng)單元，在每臺(tái)單獨(dú)上電后，通過接觸器將相鄰的變頻器的直流母線進(jìn)行連接。如圖10 為4臺(tái)變頻器的并聯(lián)示意圖。圖中，1C、2C、3C、4C 為母線并聯(lián)接觸器;F1、F2、F3、F4 為快速熔斷器，防止某臺(tái)變頻器發(fā)生母線短路故障時(shí)，造成其他變頻器損壞;S1~S4 為每臺(tái)變頻器上電準(zhǔn)備好信號(hào);K1~K4為四臺(tái)變頻器直流共母線手動(dòng)控制開關(guān)，防止某臺(tái)變頻器發(fā)生故障時(shí)停止共母線運(yùn)行的切除;T1~T4為每臺(tái)變頻器的故障輸出繼電器，在某臺(tái)變頻器發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)切除共母線運(yùn)行。在這種接線情況下，發(fā)電運(yùn)行的電機(jī)的能量，通過母線進(jìn)行能量交換，從而實(shí)現(xiàn)能量100%無污染交換，做到既節(jié)能，成本又比較低。當(dāng)某臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，只需要將該臺(tái)從直流母線上斷開，并不影響其他電機(jī)的運(yùn)行。

4 同步控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例

4.1 在造紙中的應(yīng)用

圖11為一采用Profibus-DP 總線控制的造紙系統(tǒng)。該生產(chǎn)線由11 個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)構(gòu)成，分別由11臺(tái)不同功率的變頻器驅(qū)動(dòng)，按生產(chǎn)流程依次為真空回頭輥、一主壓、二壓、三壓、一組缸、二組缸、三組缸、光澤缸、四組缸、壓光機(jī)、卷紙機(jī)。

首先處理好的紙漿通過5 個(gè)網(wǎng)逐層粘在毛布上，網(wǎng)輥(由毛布驅(qū)動(dòng))的投入數(shù)量決定紙張的克重(即厚度)，然后經(jīng)過真空

回頭輥，靠真空吸力進(jìn)行第一次脫水處理，經(jīng)過一壓、二壓和三壓，進(jìn)一步脫水和擠壓均勻，使紙張的厚度均勻。

經(jīng)過一組缸、二組缸、三組缸，逐步對(duì)紙張進(jìn)行烘干。經(jīng)過光澤缸，對(duì)紙張進(jìn)行初步的壓光，以提高紙張的表面光潔度。經(jīng)過四組缸，對(duì)紙張進(jìn)行最后的烘干處理。經(jīng)過壓光機(jī)，進(jìn)一步提高紙張的表面質(zhì)量。通過卷紙機(jī)，對(duì)合格的產(chǎn)品進(jìn)行分卷卷繞。

采用Profibus-DP 總線控制的造紙系統(tǒng)的負(fù)荷分配調(diào)整完全由軟件可以實(shí)現(xiàn)，流程如圖12 所示。該方法在電動(dòng)和發(fā)電兩種運(yùn)行狀態(tài)下均有效。

根據(jù)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)采樣時(shí)間和速度控制步長駐F，就可以獲得滿意的動(dòng)態(tài)負(fù)荷分配。

4.2 在冶金高速線材生產(chǎn)線上的應(yīng)用

一般冶金行業(yè)的高速線材生產(chǎn)線包括加熱爐區(qū)、粗軋區(qū)、中軋區(qū)、預(yù)精軋區(qū)、預(yù)水冷段、精軋區(qū)、水冷段、夾送輥、吐絲機(jī)、集絲桶、托盤、雙臂、收高線小車系統(tǒng)、電磁起吊等。

例如，某高速線材生產(chǎn)線，粗軋區(qū)、中軋區(qū)，預(yù)精軋區(qū)各用遠(yuǎn)臺(tái)660 kW直流電機(jī)，共員愿臺(tái);精軋區(qū)采用一臺(tái)5 500 kW的直流調(diào)速電機(jī);高速線材四階梯傳送系統(tǒng)中有幾十臺(tái)猿kW左右的電機(jī)，每個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)導(dǎo)輥;雙臂調(diào)速采用員臺(tái)37 kW的電機(jī)，收高速線材小車采用15 kW的電機(jī)。

對(duì)于高速線材這樣的大功率，多傳動(dòng)系統(tǒng)，采用單個(gè)電機(jī)、單個(gè)調(diào)速裝置組成系統(tǒng)，不僅成本高，而且對(duì)于軋鋼這樣的沖擊性負(fù)載，不能夠解決能量的動(dòng)態(tài)利用，而且通過能耗制動(dòng)后產(chǎn)生了大量熱量，造成環(huán)境污染，降低了設(shè)備運(yùn)行的可靠性，最佳的解決方案就是采用圖8 的控制方案，通過掛在直流母線上的逆變器實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，以達(dá)到節(jié)能和環(huán)保的目的。