交流通用变频器共直流母线的设计与应用
交流通用变频器共直流母线的设计与应用
交流通用变频器共直流母线的设计与应用[2006年11月15日]关键词：变频器,电机,能量,母线,制动,传动,方式,直流,消耗,【摘要】在工业电气传动中，由于工艺和驱动设备的各种原因，再生能量的现象经常发生，在能量回收系统中有着各种方法，本文提出了一种通用变频器在大型生产线中共直流母线方案，并阐述了其在离心机、化纤设备、造纸机上的进一步应用。
1 前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，一个或多个电机产生的再生能量就可以被其他电机以电动的方式消耗吸收了。
这是一种非常有效的工作方式，即使有多个部位的电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。
2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。
共直流母线方案
电话: 86-755-29799595 传真: 86-755-29619897 网址：http://www. 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。
共用直流母线系统变频器及其应用
在同一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，这种现象叫做再生能量。
这种情况一般发生在电动机被拖着走时(也就是被一个远远高于设定值的速度拖动时)，或者是当传动电动机发生制动以提供足够的张力时(如放卷系统中的传动电动机)。
传统非四象限的PWM变频器并没有使再生能量反馈到电网(三相电源)的功能，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b对于一些单台以变频方式运行的设备，常对其变频器配备制动单元和制动电阻，当有再生能量时，变频器的控制系统就通过短时间接通电阻使再生能量以热方式消耗掉。
这种处理再生能量的方式要充分考虑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，就可以设计出合适的制动单元，并以连续的方式消耗电能，最终能够保持母线电压的平衡。
这种通过制动单元消耗再生能量的工作方式其实是一种浪费电能的方式。
对于一些成群组运行的生产设备(如离心机、化纤设备、造纸机、油田磕头机等)的电动机传动中，其再生能量的现象发生十分频繁.，且常发生在不同时刻。
对这样的系统设备，如果通过制动单元消耗再生能量的工作方式，则电能浪费将于分可观。
对此使用一种实用的通用变频器直流母线方案则可很好地解决再生能量发生十分频繁的现象，且节电将十分可观。
将多个通用变频器的直流母线互连，一个或多个电动机在不同时刻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。
1.专用型共用直流母线变频器系统专用型共用直流母线变频器系统如图3一49所示。
这种共用直流母线变频器系统是采用一台大容量的整流器为整个变频器系统提供直流，各逆变器分别驱动各自的设备。
由图3-49可看出，整流器一旦有故障，则整个共用直流母线变频器系统都要停止工作。
因此，在实际选用共用直流母线变频器系统时，要充分考虑生产设备的工艺、工序等问题，选用合适的、可靠性高的共用直流母线变频器系统。
共用直流母线的应用
实际使用中的共用直流母线变频器系统只有大致形式，即把直流侧连在一起，没有固定形式，因为，共用直流母线变频器系统中的变频器数量由群组设备数量决定，不同的群组设备形式选用不同的数量的通用变频器。
1.电气接线及平面布置1)主接线图3一51为通用变频器组态的共用直流母线变频器系统主接线，每台通用变频器与共用直流母线的连接均通过刀闸一熔断器(简称刀熔)和接触器。
其中，刀熔的作用有两个:一是能将通用变频器与共用直流母线变频器系统隔离.以便通用变频器故障时，单独停下来检修;二是可以对通用变频器或共用直流母线变频器系统进行一定的短路、过流方面的保护(不管短路、过流故障来自于哪一方)。
接触器是用来将完成充电的通用变频器投人到共用直流母线变频器系统，和在通用变频器发生故障时迅速将其退出共用直流母线变频器系统，以便其他通用变频器及共用直流母线变频器系统继续运行。
图3一51通用变频器组态的共用直流母线变频器系统主接线图3一51只示意出通用变频器组态的共用直流母线变频器系统最基本的主接线，在共用直流母线的方式下实际运行时，如果还需要更快刹车或紧急停止的状态，可考虑再加上公用的一定容量的制动单元和制动电阻，以便在非常时刻起作用。
如采用能量回馈装置就将直流母线上的多余能旦直接反馈到电网中，则可更加充分地提高共用直流母线变频器系统的节电率。
艾米克变频器文章来源：深圳市艾米克电气有限公司2)投切控制接线和事故音响接线图3-52(a)为通用变频器组态的共用直流母线变频器系统的通用变频器投切控图3一52共用直流母线变频器系统控制接线和事故音响接线(8)变频器组态共用直流母线控制;(b)变频器组态共用直流母线故障。
制接线，各通用变频器只有在无故障且充电完成后才能接人共用直流母线变频器系统。
图3一52(b)为通用变频器组态的共用直流母线变频器系统的事故音响接线，各通用变频器共用一套故障音响。
发生故障时会有音响和灯光同时报替，通过静音按钮可将故障音响静音，只保留故障灯光—直到故障解除。
共直流母线交流变频调速系统在卧螺离心机中的应用
共直流母线交流变频调速系统在卧螺离心机中的应用一、卧螺离心机背驱动装置的负载性质安装在卧螺离心机差速器小轴端的调速装置称为背驱动装置。
这些装置如：电涡流制动器；异步电动机；液力马达；机械式过载保护装置（小轴转速为零等）。
在螺旋滞后于转鼓时，这些装置都是以消耗离心机动能为代价，对小轴作用制动力矩，借以达到调节差转速的目的。
对小轴而言，背驱动装置是一种负负载。
在通用变频器调速系统中，和差速器小轴相连的电动机长期处于再生状态，运行于第4象限，从离心机接受机械能，将再生制动的能量反馈到变频器的直流母线上，再通过制动电阻将其消耗掉。
如何回收该部分能量是国内外离心机制造商热切关心的课题。
利用特别设计的四象限运行变频器（例如ABB公司的ACS611型变频器），可将再生能量直接反馈回电网，但变频器价格昂贵，国内除了轧钢厂以外很少有应用。
Alfa-Laval公司近年生产的DS706型大型污水处理离心机应用双变频能源反馈节能调频控制系统（使用ACS800系列变频器），目前在香港昂船洲污水处理厂运行。
国内也有厂家利用国产变频器，将共直流母线交流变频技术应用于卧螺离心机，使该部分能量大部分得到回收，取得了良好的社会效益和经济效益。
这一技术的推广应用无疑是极有意义的，本文对此进行讨论。
二、共直流母线交流变频调速系统的结构和特点1-主变频器；2-主电机；3-离心机；4-差速器；5-副电机；6-副变频器；图1 共直流母线交流变频调速系统的结构离心机3由主电机2驱动，差速器小轴和副电机5同轴连接。
主、副电机的转速由变频器1、6控制，二者的直流母线并连，三相电源输入主变频器1。
特点：（1）优良的节能性能院在螺旋滞后时，再生的能量送到副变频器的直流母线上，由于主、副变频器的直流母线并连，该能量就经过主变频器被主电机利用。
为简单起见，设稳态时离心机以恒转矩和恒差速运行（不计及调速时加速转矩和减速转矩的影响），则回收的能量为：P=0.8M n/9550，式中：P-功率（KW）；M-小轴力矩（N.m）;n-小轴转速（r/min）；M前的0.8倍是由于再生制动时，即使不加放电的制动电阻，电动机内部也有20%被转换为制动转矩。
共直流母线方案与特点
直流公共母线变频驱动方案
直流公共母线变频驱动方案
传统变频器,由于其自身整流半导体元件的电流单向流通的特性,使电机处于发电状态时 所产生的能量,只能通过直流能耗制动单元,将能量已热的形式消耗在电阻上. 在多电机传动系统的设计中,大都采用将多个变频器的直流侧正负端子分别连接在一起, 形成直流公共母线变频驱动系统. 驱动器之间相互传递能量
方案2---独立二极管整流供电方案
不可控整流桥
+DC
熔断器
熔断器
熔断器
熔断器
-DC
断路器
断路器
断路器
预充电回路
预充电回路
预充电回路
熔断器 回馈 电路
回馈驱动器
变频器
变频器
变频器
制动电阻
交流感应电机
交流感应电机
交流感应电机
方案2---特点
独立的二极管整流桥给所有变频器统一供电 不同型号的驱动器可以共用直流母线 整流部分的动力配置简单 整流部分可以配置成12脉波整流方式,消除5,7次谐波 驱动器之间实现能量传递 变频器须配置预充电回路 多余能量无法回馈至电网 须配制动电阻/或配以单独馈电单元
其他如方案2,3
方案6---交流全回馈系统
方案6---交流全回馈系统
优点 – 再生回馈 – 无需制动 – 正弦电流波形 – IGBT整流回馈系统, IGBT 完美无谐波 – 不同型号变频器可共用 直流母线. 缺点 – 成本较高
方案6---AFE变频驱动系统
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直流母线系统的优点
提高效率 – 从再生发电负载回收能量 降低成本 – 降低输入级系统成本 (减少交流输入线路,交流输入熔断器和 接触器等部件) – 通用制动解决方案 减少机柜尺寸 停电时系统将控制变频器断电
共直流母线在WK-12C电铲上的应用
共直流母线在WK-12C电铲上的应用张世宣;于代林;徐绍良;杨雷【摘要】交流变频调速系统在电铲上已经得到了广泛应用,但采用共直流母线变频调速系统解决电铲多电机传动问题尚属少见.通过对共直流母线系统在WK-12C电铲上的具体应用情况分析,可以认为:共直流母线变频调速系统在电铲多电机传动控制系统中的应用不仅取得了较好的动静态特性和调速精度,还具有节能环保的优点,是一种较好的调速设计方案.【期刊名称】《有色冶金设计与研究》【年(卷),期】2019(040)002【总页数】3页(P42-44)【关键词】共直流母线;变频调速;多电机传动控制系统;电铲;ACS800【作者】张世宣;于代林;徐绍良;杨雷【作者单位】鞍钢集团矿业有限公司能源动力分公司,辽宁鞍山 114005;鞍钢集团矿业有限公司能源动力分公司,辽宁鞍山 114005;鞍钢集团矿业有限公司能源动力分公司,辽宁鞍山 114005;鞍钢集团矿业有限公司设计研究院,辽宁鞍山 114005【正文语种】中文【中图分类】TD631矿山露天开采成本低、效率高、安全系数高，是目前首选的开采方式。
电铲在矿山生产中主要用于装载矿岩，由于其设备价格低、性能可靠、适应性强、作业成本低、设备移动方便，成为大型露天矿的核心首选设备。
太原重工股份有限公司自主研发的WK-12C属于矿用机械电铲，整铲由提升、推压、行走、回转4个系统组成，适用于年产量1 000万吨级以上的露天矿山使用，可与80～154吨级矿用汽车配套使用。
由于该设备采用 ABB ACS800变频调速系统，打破了国外垄断，填补了国内空白，目前已经在全国各大矿山得到了成功应用。
1 共直流母线系统在电铲上的应用1.1 电铲电气系统发展概况我国电铲电气系统的发展主要经历了3个阶段：发电机—电动机直流调速系统、可控硅直流调压调速系统、交流变频调速系统。
前2种属于直流调速，缺点很多：电网功率因数低，耗电量大，占地面积大，噪声大，检修困难，造价高，容量、转速受限，故障率高。
变频技术：共用直流母线技术
变频技术：共用直流母线技术变频技术: 共用直流母线共用直流母线分为两种: 共用直流均衡母线和共用直流回路母线。
共用直流均衡母线是将多台变频器的直流母线回路并联在一起（变频器本身设计有外接的直流母线输出端子），达到共用直流母线的方式。
每台变频器和共用直流母线之间可以加装电抗器、快速熔断器和接触器等，这一部分是变频器以外的部分，电气设计人员可以根据实际需要进行设计。
共用直流回路母线方式是将多台逆变器连接到同一个公共的直流回路上。
共用直流母线特点:1节能: 电机制动时回馈的能量可以被利用，所以比较节能，特别是对油田磕头机、起重机等升降设备而言更具有节能优势;2设备功率因素较高: 因电机能够回馈能量，无功功率损失小，所以设备功率因素较高，达95%以上;3瞬间停电不一定导致变频器跳闸停机: 这是因为一些设备在瞬间停电时可能正处于制动（发电、回馈能量状态），所以瞬间停电干扰对设备的影响就没有那么大4电网谐波较低: 共用直流母线平衡了变频器的直流母线电压，设备启动、停止时对电网的冲击也低;5可以急降速: 不存在制动电阻消耗能量，因为电机在停机时成了发电机，能量回馈到直流母线上了;6允许频繁起动操作: 因为有共用直流母线的存在，设备启动、停止时对电网和电气设备的冲击也减小了，因此允许频繁起动操作;7多台变频器不需相同的额定功率: 各电机也不需相同功率，但差别不要过大，最适合比例连动控制;8可以驱动三相永磁同步电机。
对于一般的系统集成商来说，采用的共用直流母线方式都是共用直流均衡母线方式。
因为这种方式对于设计人员来说更加方便：因为采用了成品变频器，就比较容易设计外围电路、功能强（变频器本身具有比较强的功能）、采购方便、安装/维修方便等。
对于专业制造厂家或其他场合而言，可能用到共用直流回路母线方式要多一些。
因为这种方式采用了1个整流器和多个逆变器，成本更低。
但功能相对较弱（单独的逆变器和变频器相比，功能终究要弱一些），而且采购、安装/维修可能也没那么方便。
变频器共用直流母线连接方法
变频器共用直流母线连接方法
变频器共用直流母线的连接方法主要有以下三种：
1. 并联连接：将两台变频器的直流母线正负极分别相连，实现两台变频器的并联输出。
这种连接方式简单明了，容错性好，且不会出现电压不平衡的情况。
但是并联连接需要保证两台变频器输出电压一致，否则会导致一台变频器输出功率过大，严重时甚至会导致设备损坏。
2. 串联连接：将两台变频器的直流母线正极相连，负极相隔离，以实现两台变频器的串联输出。
串联连接可以保证两台变频器输出电压一致，避免了并联连接中出现的电压不平衡问题。
但是串联连接需要保证两台变频器输出功率相等，否则会导致一台变频器输出电流过大，严重时同样会导致设备损坏。
3. 悬挂连接：将两台变频器的直流母线正负极相隔离，在输出端采用补偿电阻来平衡两台变频器的输出电压，并实现两台变频器的串联输出。
悬挂连接可以有效避免电压不平衡和输出功率不等的问题，并且相对于串联连接而言，不需要考虑输出功率匹配的问题。
但是悬挂连接需要选取适当的补偿电阻，以避免进一步导致电压不平衡或者过大的功率损耗。
在实际应用中，可以根据实际情况选择最合适的连接方式。
共直流母线
共直流母线一、设计共直流母线方案的原因：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。
可以设计既能保持母线电压恒定，且能利用回馈能量的装置，共直流母线可以实现这个功能。
二、目的和基本原理：如果有多个传动变频器通过直流母线互连的话（连接方式见下图一），一个或多个电机产生的再生能量就可以被其他电机以电动的方式消耗吸收了。
节能效果显著。
这是一种非常有效的工作方式，即使有多个部位的电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。
当然变频器配置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。
说到共直流母线，得先了解变频器整流逆变各个部分怎么工作：下图一左半部分交直回路为不可控整流桥，采用电压源控制方式;中间直流环节用大容量电容构成直流电压源，当然直流母线两侧配置制动单元;右半部分为驱动控制逆变装置。
三、共直流母线存在的问题及难点:实际的生产活动中，多台变频器联机实现的生产装配线，有的电机是处于电动状态，需要消耗变频器经整流桥提供的直流电源；有的电机处于发电状态，比如放卷系统中的传动电机，电梯下落减速过程等，那么回馈能量经逆变器回到母线上。
变频技术：共用直流母线技术
变频技术：共用直流母线技术变频技术:共用直流母线共用直流母线分为两种:共用直流均衡母线和共用直流回路母线。
共用直流均衡母线是将多台变频器的直流母线回路并联在一起(变频器本身设计有外接的直流母线输出端子)，达到共用直流母线的方式。
每台变频器和共用直流母线之间可以加装电抗器、快速熔断器和接触器等，这一部分是变频器以外的部分，电气设计人员可以根据实际需要进行设计。
共用直流回路母线方式是将多台逆变器连接到同一个公共的直流回路上。
共用直流母线特点:1 节能:电机制动时回馈的能量可以被利用，所以比较节能，特别是对油田磕头机、起重机等升降设备而言更具有节能优势;2 设备功率因素较高:因电机能够回馈能量，无功功率损失小，所以设备功率因素较高，达95%以上;3 瞬间停电不一定导致变频器跳闸停机:这是因为一些设备在瞬间停电时可能正处于制动(发电、回馈能量状态)，所以瞬间停电干扰对设备的影响就没有那么大;4 电网谐波较低:共用直流母线平衡了变频器的直流母线电压，设备启动、停止时对电网的冲击也低;5 可以急降速:不存在制动电阻消耗能量，因为电机在停机时成了发电机，能量回馈到直流母线上了;6 允许频繁起动操作:因为有共用直流母线的存在，设备启动、停止时对电网和电气设备的冲击也减小了，因此允许频繁起动操作;7 多台变频器不需相同的额定功率:各电机也不需相同功率，但差别不要过大，最适合比例连动控制;8 可以驱动三相永磁同步电机。
对于一般的系统集成商来说，采用的共用直流母线方式都是共用直流均衡母线方式。
因为这种方式对于设计人员来说更加方便:因为采用了成品变频器，就比较容易设计外围电路、功能强(变频器本身具有比较强的功能)、采购方便、安装/维修方便等。
对于专业制造厂家或其他场合而言，可能用到共用直流回路母线方式要多一些。
因为这种方式采用了1个整流器和多个逆变器，成本更低。
但功能相对较弱(单独的逆变器和变频器相比，功能终究要弱一些)，而且采购、安装/维修可能也没那么方便。
共直流母线 变频器论文
变频调速系统在涤纶短丝线中的应用李潇玮洛阳实华合纤有限责任公司2011年6月变频调速系统在涤纶短丝线中的应用摘要：本文介绍五万吨直纺涤纶短纤维生产设备工艺流程，自动化控制系统。
重点阐述共用直流母线变频调速系统在涤纶短纤维后处理联和机中的系统控制组成和应用方案。
关键词：直流母线；变频调速；涤纶短纤维1引言随着聚酯纤维工业的快速发展，涤纶短纤维逐渐向大规模、低成本、国产化、多品种方向发展。
我国聚酯纤维工业，从50年代开始研究短纤维到70年代末开始从国外引进成套生产技术设备，仅用二十年的时间，在促进工业发展的快速化方面取得了举世瞩目的成绩。
为满足现代化纺织工业高自动化、高效率、高可靠性和高精度要求，可编程控制器、人机界面和变频器传动控制在纺织工业上取得了广泛应用。
2直纺涤纶短纤维生产工艺涤纶生产线，整个生产系统是由前纺部分和后纺部分组成。
生产工艺流程：熔体自聚合釜出口——增压泵——过滤器——聚合物热交换器——熔体分配器——静态混合器——冷冻阀——纺丝箱体——纺丝计量泵——纺丝组件——中心吹风筒——纺丝上油——卷绕集束——卷绕牵引机——喂入轮——盛丝桶——后纺集束装置——导丝机——一水浴牵伸槽——道牵伸机——二道牵伸机——蒸汽加热箱——紧张热定型Ⅰ——紧张热定型Ⅱ——紧张热定型Ⅲ——张热定型Ⅳ——油剂喷淋——三道牵伸机——叠丝机——三棍牵引机——张力架——蒸汽预热箱——卷曲机——铺丝机——松弛干燥机——张力机——切断机——打包机后纺中最为重要的是从牵伸到卷曲的工艺过程，该流程中共有4个传动机构（一道牵伸、二道牵伸、三道牵伸、卷曲），在传统的工艺中采用一台大电机通过机械齿轮来单轴控制4个传动。
由于单轴传动的弱点逐渐凸显出现，如齿轮箱损坏率高、牵伸比调节困难、单轴容易断裂等。
因此在目前进口的化纤后纺设备中基本上都采用独立变频传动的方式来实现。
2.1前纺纺丝机生产工艺流程前纺纺丝机生产工艺流程图如下：图1 前纺纺丝机生产工艺流程图（1）纺丝：聚脂材料挤压后，变成溶体，并溶体管道连续输送到纺丝箱体。
共直流母线方案与特点
直流母线系统的优点
• 提高效率 – 从再生发电负载回收能量 • 降低成本 – 降低输入级系统成本 (减少交流输入线路、交流输入熔断器和 接触器等部件) – 通用制动解决方案 • 减少机柜尺寸 • 停电时系统将控制变频器断电
共直流母线系统的缺点
• • • • 需要更多的设计工作 直流熔断器比较昂贵 大的公共直流电容器 变频器不易和系统隔离
方案4---四象限全控整流
方案4特点
• • • • 四象限整流，实现再生回馈 直流电压可控，起到预充电作用 可配置12脉波系统 不同型号变频器可共用直流母线
• • • • •
再生容量冗余预充电
方案5---12脉波可控硅整流
方案5特点
直流母线软启动充电电路位于变频器内部方案1交流供电及直流并联熔断器断路器变频器交流感应电机熔断器断路器变频器交流感应电机熔断器断路器变频器交流感应电机熔断器断路器变频器交流感应电机dcdcdcdcdcdc制动电阻需要配制动电阻方案1交流供电直流并联方案2独立二极管整流供电方案dcdc不可控整流桥制动电阻回馈电路回馈驱动器熔断器熔断器熔断器熔断器熔断器断路器断路器断路器预充电回路预充电回路预充电回路变频器变频器变频器交流感应电机交流感应电机交流感应电机方案2特点须配制动电阻或配以单独馈电单元方案3单象限全控整流dcdc单象限全控整流驱动器制动电阻回馈电路回馈驱动器熔断器熔断器熔断器熔断器熔断器断路器预充电回路变频器变频器变频器交流感应电机交流感应电机交流感应电机方案3特点需要配制动电阻或馈电单元方案4四象限全控整流dcdc四象限全控整流驱动器熔断器熔断器熔断器熔断器断路器预充电回路变频器变频器变频器交流感应电机交流感应电机交流感应电机方案4特点不能取消预充电方案512脉波可控硅整流dcdc单象限全控整流驱动器熔断器熔断器移相变压器均流电抗器变频器变频器交流感应电机交流感应电机交流感应电机变频器预充电及保护预充电及保护预充电及保护特点
一种大功率公共直流母线功率变换器的设计与应用
一种大功率公共直流母线功率变换器的设计与应用邱书明;郭清臣;齐怀轩;李新志;郑淑玲【摘要】In the adjustable speed AC system,the common-DC-bus tech is widely used. The common-DC-bus application is the core of the rational design of the power converter. How to provide a stable DC voltage source inverter can also generate renewable energy back to the grid is the key to solve the problem. "DC power converter" was presented in details based on those three concepts of "the lectotype of components,the plan of heat emission and the drive of thyristor ", and demostrates the feasibility of the plan and reliability of the e-quipments through experiments and practical application.%在多电机交流调速传动系统中,公共直流母线技术被广泛使用.而公共直流母线应用的核心是功率变换器的合理设计.如何提供稳定的直流电压源,同时又能把逆变器产生的再生能源回馈到电网是我们要解决的关键问题.从器件选型、散热方案和晶闸管的驱动3个方面,详细介绍了直流母线的功率变换器的实现,并且通过实验和现场应用论证了设计方案的可行性以及设备整机的可靠性.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2012(042)007【总页数】5页(P29-33)【关键词】公共直流母线;能量回馈;功率变换器【作者】邱书明;郭清臣;齐怀轩;李新志;郑淑玲【作者单位】天津电气传动设计研究所,天津300180;天津电气传动设计研究所,天津300180;天津电气传动设计研究所,天津300180;天津电气传动设计研究所,天津300180;天津电气传动设计研究所,天津300180【正文语种】中文【中图分类】TP215在多电机交流调速传动系统中，所需要用到变频器的数量会很多。
通用变频器共直流母线在离心机上的应用
通用变频器共直流母线在离心机上的应用摘要：本文介绍了变频器直流共母线在石药集团维生药业离心机上的应用。
关键词：变频器共直流母线离心机能量回馈节能1 引言在化工企业电气传动中，离心机的变频传动应用非常普遍，由于工艺和驱动设备的各种原因，再生能量的现象经常发生，在通用变频器中，对再生能量最常用的处理方式有两种：（1）耗散到直流回路中人为设置的与电容器并联的“制动电阻”中，称之为动力制动状态；（2）使之回馈到电网，则称之为回馈制动状态（又称再生制动状态）。
直流共母线的原理是基于通用变频装置均采用交－直－交变频方式，当电机处于制动状态时，其制动能量反馈到直流侧，为了更好的处理反馈制动能量，人们采用了把各变频装置的直流侧连接起来的方式。
譬如当一台变频器处于制动而另一台变频器处于加速状态，这样能量可以互补。
本文提出了一种通用变频器在化工企业离心机中共直流母线的方案，并阐述了其在离心机上回馈单元的进一步应用。
目前直流共母线有多种方式：（1）公用一个独立的整流器该整流单元可以是不能逆变，也可以是可逆变的。
前者能量通过外接制动电阻消耗掉，后者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，具有更好的节能、环保意义，缺点是价格比前者要高。
（2）大变频单元接入电网小变频器公用大变频器的直流母线，小变频器不需接入电网，故也不需要整流模块，大变频器外接制动电阻。
（3）每个变频单元各自接入电网每个变频单元均带有整流、逆变回路并外接制动电阻，直流母线相互连接起来。
这种情形多用于各变频单元功率接近的情况。
解体后还可以独立使用，互不影响。
本文介绍的直流共母线为第三种方式，相比前两种有很大优势：a、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。
b、共用直流母线的中间直流电压恒定，电容并联储能容量大，能减少电网的波动。
c、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。
d、各个变频器在电网中产生的不同次谐波干扰可以互相抵消，减少电网的谐波畸变率。
变频器外部主电路与公用直流母线解析
变频器外部主电路与公用直流母线解析一、外接主电路结构变频器的外接主电路如图1所示。
三相交流电源经断路器QF、交流接触器KM与变频器的电源输入端R、S、T连接；变频器的输出端U、V、W则与电动机直接相连，这时电动机的保护由变频器完成。
这里的断路器作用有二：一是变频器停用或维修时，可通过断路器切断与电源之间的连接；二是断路器具有短路和欠电压等保护功能，可对变频器起一定的保护作用。
而接触器可通过按钮开关方便地控制变频器的通电与断电，同时，当变频器或相关控制电路发生故障时可自动切断变频器的电源。
变频器输出端与电动机之间是否需要配置交流接触器，这要根据具体的应用环境来确定。
一般情况下，一台变频器控制一台电动机，且不要求与工频进行切换时，变频器与电动机之间无须使用接触器，如图1所示。
而一台变频器驱动多台电动机时，则每台电动机必须有单独控制的接触器，并选配合适的热继电器FR对电动机进行保护，具体电路见图2。
有时虽然一台变频器仅驱动一台电动机，但有可能在变频与工频之间切换运行，这时也应如图3所示在变频器与电动机之间配置接触器KM3和热继电器FR。
电动机在变频运行时，接触器KM2触点断开，接触器KM1和KM3触点闭合，这时变频器对电动机变频驱动并进行全方位的保护。
电动机在工频运行时，接触器KM1和KM3触点断开，KM2触点闭合，这时热继电器FR可对电动机进行过载保护。
二、变频系统的共用直流母线变频器驱动电动机运行时，在一些特定条件下电动机会由电动状态转变为发电状态。
这些所谓的特定条件就是电动机的实际转速超过了其同步转速。
电动机由电动状态转变为发电状态的原因，一是变频器的输出频率降低时，其同步转速（即旋转磁场的转速）同时降低，而电动机的实际转速由于机械惯性，速度的降低滞后于同步转速的变化，致使电动机的转速大于同步转速；当然这个问题可以通过修改参数，增大“减速时间”的值予以解决。
二是起重机械在负重情况下，下放被起重的物品，在物品重力作用下，使电动机的转速大于同步转速。
AB变频器公共直流母线和能量回馈方案
AB变频器公共直流母线和能量回馈方案一、概述在同一时刻相邻变频器驱动的电机有的处于电动有的处于发电状态，处于电动状态的电机消态能量，处于发电状态的电机产生能量，产生的能量要么通过能耗制动以热量的形式散发出去，要么通过能量回馈单元返回电网中去，如果能够将发电状态电动机的能量直接传给电动状态的电机，那么能耗制动所浪费的电能或者能量回馈单元的设备购置费用都可以节省出来，这就是直流母线产生的初衷。
在一套直流母线系统中，当电动所需能量大于发电产生的能量时，整套系统从电网中吸取能量；当短时间内发电产生的能量大于电动所需能量时，系统中多余的能量还是要靠能耗制动或能量回馈单元来消耗的。
在AB变频器的产品应用中，公共直流母有两种使用方法，一种是公共直流母线方案，使用独立的整流单元+独立的逆变单元，另一种是公共交流直流母线方案，将各个独立交流变频器的直流端子直接连起来。
在第一种方案中，我们把整流单元或含有能量回馈功能的整流单元叫做前端，按有无能量回馈功能把前端分为两种，没有能量回馈功能的前端叫NFE（Non-regenerative front end），NFE使用二极管或可控硅整流，有能量回馈功能的前端叫做AFE（Active-regenerative front end），AFE使用IGBT整流。
AB的NFE有两种，使用二极管的20T系列和使用可控硅的20S系列，AFE是使用IGBT的1336R系列。
20T 20S 1336RAB变频器中可以用于公共直流母线的有PF40P、PF700和PF700S三个系列。
二、NFE前端1、20T系列20T系列有两款产品，输入电压分别是240-480VAC和500-600VAC，直流母线电流都是120A，当输入电压为380VAC时，直流母电压为510VDC。
20T产品列表如下：输入电压直流母线电流直流母线电流240-480VAC 325-650V 120A500-600VAC 675-810V 120A注：直流母线电压=输入电压×1.3520T的结构框图如下：由上图可知，整流单元中己经内置了双直流电抗器③，用于满足二类EMC电磁干扰要求（工业环境）的RFI滤波器③④⑤，用于削弱直流母线过电压的阻容耦合电路⑥，用于输入过电压保护的压敏电阻⑦，和过热保护的热敏继电器。
共直流母线在造纸变频传动控制中的研究与应用
共直流母线在造纸变频传动控制中的研究与应用李方园(浙江工商职业技术学院,浙江宁波315012)摘要:在纸机传动中,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。
通过分析W ijenayake 所提出的共直流母线模型,并通过实际测试证明直流共母线方案在纸机多变频系统中是切实可靠的。
关键词:造纸;变频传动;共直流母线中图分类号:T M 461.4 文献标识码:AC ommon DC Bus s Study and Application in Paper Machine s VVVF SystemLI F ang yuan(Zhej iang Business T echno logy I ns titute,N ingbo 315012,Zhej iang ,China)Abstract:In paper machine s dr ive system,some drives run in t he mo tor ing or reg ener ation state w ith so me reasons.T he commo n DC bus techno log y uses the r egeneratio n energ y to supply ot her drives.T his tech nolog y can save the energ y ,cut dow n the cost and o ccupy the less space.T he ana lysis of common D C model by Wijenay ake w as sho wn.A nd the final experiment pro ves that the project o f co mmon DC bus in paper machine is co rr ect and credible.Key words:paper making;var iable vo ltag e var iable fr equency (V VV F);co mmon DC bus作者简介:李方园(1973-),男,高级工程师,Email:muzi_w oody@在纸机分部传动中,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。
共用直流母线变频器方案的设计
共用直流母线变频器方案的设计
赵瑞林
【期刊名称】《自动化技术与应用》
【年(卷),期】2013(032)011
【摘要】随着变频技术的发展,变频器的共用直流母线方案在工业领域的生产机械设备上得到了广泛的应用,不仅能优化系统的动态特性,还可以充分利用再生能量,从而达到既节约电能又处理再生能量的目的,使其更具有环保意义.
【总页数】4页(P75-78)
【作者】赵瑞林
【作者单位】陕西工业职业技术学院,陕西咸阳712000
【正文语种】中文
【中图分类】TM464
【相关文献】
1.共用直流母线SPDMR的设计原理及应用 [J], 俞宏亮;顾春雷;王建中
2.交流变频器共直流母线方案的模型分析 [J], 李方园（编译）
3.变频器共用直流母线技术在H型钢生产线上的应用 [J], 李志峰
4.通用变频器共用直流母线方案的设计与应用 [J], 李方园
5.单缸单作用隔膜泵变频器直流母线超电压故障解决方案 [J], 符义红;陈礼;秦小钦因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
AB公共直流母线的选型与设计
AB公共直流母线的选型与设计1.概述众所周知，如果工厂中有多个相同电压的变频器运行，那么在同一时刻有的电动机处于电动状态，有的处于发电状态。
处于电动状态的电机消耗电网能量，处于发电状态的电动机产生能量。
产生的能量要么通过制动电阻以热量的形式消耗掉，要么通过能量回馈单元返回电网。
如果能够将发电状态电动机的能量直接传给电动状态的电机，那么能耗制动所浪费的电能或者能量回馈单元的设备购置费用都可以节省出来，这就是公共直流母线产生的初衷。
AB公司推荐的公共直流母线方案如图1 所示。
图1 公共直流母线方案2．设备选型AB公司生产的用于变频器公共直流母线的整流设备规格并不多，如表1所示。
（1）产品目录（2独立型/主机型/从机型的整流原理框图见图2/图3/图4.图2 独立型的整流设备图中功能模块：①六相桥式整流模块②超温开关③浪涌保护熔断信号④MOV缓冲器电路⑤预充电电路板⑥使能继电器⑧冷却风机图3 主机型的整流设备图中功能模块：①六相桥式整流模块②超温开关③浪涌保护熔断信号④MOV缓冲器电路⑤预充电电路板⑥使能继电器⑦晶闸管门极驱动电路板⑧冷却风机图4 从机型的整流设备图中功能模块：①六相桥式整流模块②超温开关③浪涌保护熔断信号④MOV缓冲器电路⑦晶闸管门极驱动电路板⑧冷却风机⑨主/从整流器间的连接电线（3）独立型/主机型/从机型的整流原理框图异同浅析从图2－图4 可以看出独立型/主机型/从机型整流器的区别。
a.独立型整流器独立型整流器的预充电电路板的同步电源经使能继电器K1连接到整流桥的电源输入端（L1/L2/L3），其产生的触发脉冲直接连接到晶闸管的门极。
在门极脉冲的触发下，晶闸管导通，+DC和－DC间产生直流电压Ud，其值为：U d=1.35U2COSα式中U2和α分别为L1/L2间的电压和触发脉冲的控制角。
b.主机型整流器主机型整流器的预充电电路与独立型相同，叙述从略。
与独立型不同的是预充电电路产生的脉冲分成二路，一路经晶闸管门极驱动板驱动后送自己的晶闸管，另一路经排线送从机型整流器的门极驱动板。
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交流通用变频器共直流母线的设计与应用
【摘要】
在工业电气传动中，由于工艺和驱动设备的各种原因，再生能量的现象经常发生，在能量回收系统中有着各种方法，本文提出了一种通用变频器在大型生产线中共直流母线方案，并阐述了其在离心机、化纤设备、造纸机上的进一步应用。
1 前言
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，一个或多个电机产生的再生能量就可以被其他电机以电动的方式消耗吸收了。
这是一种非常有效的工作方式，即使有多个部位的电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。
2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。
图一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。
图一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。
在图一中，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2 4VDC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。
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12 0%电流。
3 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广泛应用，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。
3.1离心机
卧螺离心机用双电机驱动（如图二所示），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、海申机械总厂等在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，直流母线用适当的方式并接，较好的解决副电机持续发电的问题。
它的应用，在能源日益紧缺的今天，有着特别重要的意义。
图二共用直流母线方案在离心机上的应用
3.2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，既一道、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M1和二道牵伸M2为保持一定牵伸比必须处于发电状态，而三道牵伸M3和卷曲M4则处于电动状态。
由于M1和M2发电是由于3道牵伸的电动所引起的，该2台电机所产生的回馈能量足以消耗到处于电动状态下的M3和M4中，而不会引起直流回路母线电压的升高，这样通过图三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。
图三的接线中，能量传递的公式为：P0=P3 + P4 - P1 - P2。
很显然，母线共连方案将大大降低能量损耗。
图三共用直流母线方案在化纤设备上的应用
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：
a. 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。
b. 共用直流母线的中间直流电压恒定，电容并联储能容量大；
c. 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，如图四所示。
图四共用直流母线方案在造纸机上的应用
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MC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）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。
4 结束语
本文是针对在同一个系统中的一个或多个传动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如离心机、化纤设备、造纸机等设备被证实是有效和可靠的。