共直流母线方案

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汇川变频器在共直流母线上的应用
摘要：本文主要讲述汇川MD320系列矢量变频器在共直流母线上的应用，在传动系统中,由于某些机械件的惯量也较大,负荷间会互相影响和干扰,使得系统的扰动大大增加,从而使得有些传动工作方式在电动和发电之间变化。

共直流母线技术则是使能量通过母线流动供其它传动使用,以达到节能、提高设备运行可靠性、减少设备维护量和设备的占地面积等目的。

关键词: 变频传动共直流母线能量反馈制动单元
一共直流母线设计的原因
在部分传动系统中,由于某些机械件的惯量较大,负荷间会互相影响和干扰,使得系统的扰动大大增加,从而使得有些传动工作方式在电动和发电之间变化。

目前国内很多交流变频采用PWM调速方式，变频器并没有设计使再生能量反馈到三相电网的功能,因此所有变频器从电动机吸收的能量都会保存在电解电容中,最终导致变频器中的母线电压升高。

如果变频器配备制动单元和制动电阻,变频器就可以通过短时间接通电阻,使电能以热方式消耗掉，如果在没有制动电阻和能量反馈单元的情况下，变频器经常性过压、制动会导致变频器发生变频跳闸、停机的现象,直接影响到正常生产。

在这种情况下,如果有多个传动变频器通过直流母线互连的话,一个或多个电动机产生的再生能量就可以被其他电动机以电动的方式消耗吸收。

这是一种非常有效的工作方式,即使有多个部位的电动机一直处于连续发电状态,也不用再去考虑其他的处理再生能量的方式。

二共直流母线设计的原理（汇川变频器的应用）
常见的共直流母线有下列两种用法，现就将详细说明如下：
第一种：采用汇川变频器MD320组成
对于通用变频器而言，采用共用直流母线很重要的一点就是在上电时必须充分考虑到变频器的控制、传动故障、负载特性和输入主回路保护等。

图所示为在其中一种应用比较广泛的方案。

该方案包括3相进线（保持同一相位）、直流母线、通用变频器组、公共制动单元或能量回馈装置和一些附属元件。

原理：当系统上电的时候，各个变频器上电，但此时都没有投入到直流母线中来，当每台变频器上电预充电结束后，运行状态进入运行就绪状态，变频器D0（F5-04=16）端子输出信号，使此台变频器的直流母线处的接触器吸合，投入到直流母线系统中.当系统中任何一台变频器出现故障时，变频器D0断开，自动脱离系统，保证其他部分不受影响。

采用能量反馈单元或者制动单元，能够把多余的能量释放，保证母线电压的稳定。

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此方案的优缺点：
（1）使用一个完整的变频器，而不是单纯使用传统意义上的整流桥加多个逆变器方案；
（2）不需要有分离的整流桥、充电单元、电容组和逆变器；
（3）每一个变频器都可以单独从直流母线中分离出来而不影响其他系统；
（4）通过连锁接触器来控制变频器的DC到共用母线的联络；
（5）快熔来保护挂在直流母线上的变频器的电容单元；
（6）所有挂在母线上的变频器必须使用同一个三相电源。

在图中，QF是每个变频器的进线保护装置，它应该采用带辅助触点的空气开关，这主要是因为直流接触器MC的接通必须同时满足QF的辅助触点闭合和变频器运行状态正常这两个条件，否则MC就断开。

LR为进线电抗器，由于实际工作现场的复杂环境往往会导致电网的波动并产生高次谐波，使用进线电抗器就能有效地避免这些因素对变频器的影响，也可用于增加电源阻抗并帮助吸收附近设备投入工作时产生的浪涌电压和主电源的电压尖峰，从而最终保护变频器的整流单元。

LR的选型原则可选用与变频器同功率的即可。

为确保变频器上电后顺利地挂上DC母线，或是在变频器故障后快速地与DC母线断开以进一步缩小变频器故障范围，使用在该场合的变频器必须要有信号24VDC或干触点信号输出，其输出信号至少包括：（1）READY信号：该信号输出有效则表示变频器无故障，母线电压正常，可以接受启动命令；（2）FAULT信号：该信号输出表示变频器故障或者运行不就绪。

FU为半导体快速熔断器，额定电压通常可选700VDC，如Bussman的FWP系列或Gouldshawmut的
A70P系列，额定电流必须考虑到驱动电机在电动或制动时的最大能量，一般情况下可以额定负载的125%电流即可。

MC为2P直流接触器，如ABB的EHDB系列，额定电压650VDC，其额定电流同样须根据驱动电机制动时的最大电流来定，一般情况下可以选额定负载的120%电流。

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第二种：采用汇川MD系列整流单元和MD系列逆变单元组成
对于这种方案，国内采用的比较少，采用共用直流母线很重要的一点就是在上电时必须充分考虑到变频器的控制、传动故障、负载特性和输入主回路保护等。

该方案包括3相进线（保持同一相位）、直流母线、整流单元、逆变单元，电容组，公共制动单元或能量回馈装置和一些附属元件。

原理：当系统上电的时候，整流单元上电，电容组开始充电，当充电完成后，各个逆变单元同时接入，即MC1和MC2吸合，同时投入到直流母线中来，当系统中任何一台逆变器出现故障时，变频器relay断开，自动脱离系统，保证其他部分不受影响。

采用能量反馈单元或者制动单元，能够把多余的能量释放，保证母线电压的稳定。

三共直流母线设计的注意事项和问题讨论
共直流母线的应用在试实际应用中，有很多需要注意的问题，上叙的方案只适合用于几组变频器功率相差不大的情况下使用，对于功率相差比较大的需要采用专用逆变器，下面我们就这种现象做一以下分析：
以两台变频器为例分析，将分析采用一台带二极管整流回路的5 . 5 kW和90 kW一台带二极管整流回路交流变频1)分析预充电过程
交流变频器处于共直流母线的并列运行中时,每台变频器由于自身的充电时间不同,将导致不同的充电状态,因此必须等变频器充电完成后在投入到直流母线系统中。

2)运行过程分析
先对变频器的运行电流进行分析
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有表中数据可看出，两台变频器处在电动或者发电状态，母线电压基本都在540V左右，但是电动机电流、电容直流电流、二极管整流电流和直流熔丝电流,其中包括单独电动、并列电动、并列小容量电动和大容量发电等。

很明显,小容量5. 5 kW 变频器的直流母线电容电流Ic 在并列模式下两种情况都增长过快(分别为43. 75 A 和44. 44 A) ,甚至超过额定范围,这将导致直流熔丝电流Ifuse会居高不下，甚至熔断。

在我们实际应用中，客户采用的变频器都是厂家按照功率大小设计的母线容量，自爱这种情况下，很容易造成小功率变频器损坏，而ABB在造纸共直流传动中，大小功率采用的变频器都是专用模块，综合考虑，小功率变频器采用的直流母排案最大峰值设计，保证整个系统稳定运行。

所以用户要慎重考虑，不能简单的把变频器连接起来就行了，元器件保护电路的选型，电气线路的设计必须综合考虑。