通用变频器共用直流母线方案的设计与应用 (1)

《电工技术杂志》!""# 年第 $ 期
・变频调速 ・
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图l
通用变频器共直流母线方案
该方案有以下特点：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 变频器的直流端到共用母线的联络。⑤快速熔断器来 保护挂在直流母线上的变频器的电容单元。③所有挂 在母线上的变频器必须使用同一个三相电源。 在图 l 中， OF 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 K M 的接通必须同时满足 OF 的辅 助触点闭合和变频器运行状态正常这两个条件，否 则 K M 就断开。 L R 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
图2 共用直流母线方案在离心机上的应用
的今天有着特别重要的意义。
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、二道、三道牵伸和卷曲，它们需要同步运 行。在同步时，一道牵伸 M l 和二道牵伸 M 2 为保 持一定牵伸比必须处于发电状态，而三道牵伸 M 3 和卷曲 M 4 则处于电动状态。由于 M l 和 M 2 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 M 3 和 M 4 中，而不会引起直流回路母线电压的升高，这 样通过图 3 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。
本系统具有以下特点：① 共用的直流母线采用 铜排连接。②各单机变频器与共用直流母线通过连 接模块如 KM 和 FU 进行联络。③ 再生能量回馈装 置采用德国 Siemens 直流调速的整流器 6RA24 系列。 ④通过整流器后的交流电再利用隔离变压器与交流 电网相连，采用 6RA24 系列整流器后，回馈的交流 电为 AC500V，必须采用 500 / 400 的隔离变压器。⑤
2 1 器世界，2001（12） 李方园 . 多电机变频控制系统在短纤维后纺设备中的应 用 . 控制与传动，2003（5）
将控制整流器 6RA24 的系统融合到多电机传动控制 系统和过程控制 PLC 系统中去，这样可以保证对整 流器的实时投运监控，确保系统的稳定性。
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结束语
本文是针对在同一个系统中的一个或多个传动
图3
共用直流母线方案在化纤设备上的应用
图 3 的接线中，能量传递的公式为： ! 0 = ! 3 + ! 4 - ! l - ! 2 。很显然，母线共连方案将大大降 低能量损耗。 — "" —
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通用变频器共用直流母线方案的设计与应用
" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 化纤后纺设备采用共用直流母线的控制方式， 具有以下显著的特点：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。 3.3 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 4 所示。
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通用变频器共用直流母线的方案
对于通用变频器而言，采用共用直流母线很重要 — "! —
通用变频器共用直流母线方案的设计与应用
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! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 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。 L R 的 选型原则为选用与变频器同功率的即可。 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 Goukkshaw mut 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 l25% 电 流即可。 MC 为 2P 直流接触器，如 ABB 的 EHDB 系列，额定电压 650VDC，其额定电流同样需根据 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 l20% 电流。 为确保变频器上电后顺利地挂上直流母线，或 是在变频器故障后快速地与直流母线断开以进一步 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 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ4VDC 或干触点信号输出，其输出信号至 少包括：!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，可以接受起动命令。 " FAULT 信号：该信号输出表示变频器故障。 !"$
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共用直流母线的应用
通用变频器的共用直流母线方案目前已经在工
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，更 具有环保的意义。 !"# 离心机 卧螺离心机用双电机驱动如图 2 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，目前南京绿洲机器厂、海申机械 总厂等的卧螺离心机已经广泛应用了双变频方案。 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。它的应用，在能源日益紧缺
图4 共用直流母线方案在造纸机上的应用 Abstract
Li Fan gy uan
（ Ningbo Jiechuang Tech . Co . ， Ltd） Among the drives the regeneration condition aIways occurs. Here we introduce a type of the common bussing AC drives. AIso the appIications based on the common DC bus are Iisted to prove its truth . Keywords braking unit 收稿日期：2004 03 09 AC converter common DC bus feedback energy
发生再生能量情况而提出的共用直流母线方案，该 方案已经在很多行业的离心机、化纤设备、造纸机 等设备上应用被证实是有效和可靠的。 参考文献
李方园 . 再生能量反馈系统在变频器组中的应用 . 变频
The Design and the Application of the Common Bussing AC Drives
参考文献(2条) 1.李方园 再生能量反馈系统在变频器组中的应用 2001(12) 2.李方园 多电机变频控制系统在短纤维后纺设备中的应用 2003(05)
流母线方案，并阐述了其在离心机、化纤设备、造纸机上的进一步应用。 关键词
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引言
在同一个电力拖动系统中的一个或多个传动有
时会发生从电动机端发电得到的能量反馈到传动的 变频器中来，这种现象叫再生能量。这种情况一般 发生在电动机被拖着走的时候（也就是被一个远远 高于设定值的速度拖动的时候） ，或者是当传动电 机发生制动以提供足够的张力的时候（如放卷系统 中的传动电动机） 。 传统意义上的 PWM 变频器并没有设计使再生 能量反馈到三相电源的功能，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。当然只要充分考虑到 制动时最大的电流容量、负载周期和消耗到制动电阻 上的额定功率就可以来设计合适的制动单元，并以连 续的方式消耗电能，最终能够保持母线电压的平衡。 这种制动单元的工作方式其实就是消耗能量的一种。 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。在这种方式下，如果还需要一个更快刹 车或紧急停止的状态的话，那就需要再加上一个一 定容量的制动单元和制动电阻以便在非常时刻起作 用。当然采用能量回馈装置就可以充分地将直流母 线上的多余能量直接反馈到电网中来。
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应用效果
在该公司 5000t / d 生产线中，窑尾高温风机为
在液体电阻调速器的应用中，要注意三个问 题：①为满足工艺的要求，在使用过程中要保留风 量调节阀门，以便在管网风压不能满足生产要求 时，对其进行调节。②开车调试中，尽量不要频繁 起停，以免温度过高而报警停车。③冷却系统中的 冷却水，尽量使用水泥企业的大循环水，以确保液 阻箱内温度恒定，保证电机转速稳定。
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结束语
液体电阻调速器在该公司 2500kW 高温风机上
使用至今，运行平稳可靠，操作简便，节电显著， 值得在高温风机等大型绕线电机上推广使用。
收稿日期：2004 02 16
通用变频器共用直流母线方案的设计与应用
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数： 李方园 宁波捷创技术有限公司,315012 电工技术杂志 ELECTROTECHNICAL JOURNAL 2004(6) 1次
6kV 高压绕线型电机，型 号 为 YRKKS00—6，拖 动功率为 2500kW，最高转速为 994r / min。使用液 体电阻调速器后，窑系统投产后将风门全开，电机 的转速一般运行在 S70 r / min，平均吨熟料电耗为 69kWh，节电 率 约 为 34% 。由 于 风 机 风 门 全 开， 改善了窑内通风情况，风量在自动调节时还避免了 电压波动对风量的影响，使系统风量均衡、热工制 度稳定。整台设备自 2003 年 2 月运行至今，除对 液阻箱补加少许水外，没有出现一次故障，液阻箱 内的水温基本维持在 35 C 左右。 — 34 —
通用变频器共用直流母线方案的设计与应用
李方园
（宁波捷创技术有限公司 摘 要 3l50l2）
在电动机传动中，再生能量的现象经常发生，对此提出了一种实用的通用变频器直 变频器 共用直流母线 回馈能量 能耗制动 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 l 所示为其中一种应用比较广泛的方案。该方案包括三 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。