共直流母線方案

匯川變頻器在共直流母線上的應(yīng)用摘要：本文主要講述匯川MD320系列矢量變頻器在共直流母線上的應(yīng)用，在傳動(dòng)系統(tǒng)中,由于某些機(jī)械件的慣量也較大,負(fù)荷間會(huì)互相影響和干擾,使得系統(tǒng)的擾動(dòng)大大增加,從而使得有些傳動(dòng)工作方式在電動(dòng)和發(fā)電之間變化。共直流母線技術(shù)則是使能量通過母線流動(dòng)供其它傳動(dòng)使用,以達(dá)到節(jié)能、提高設(shè)備運(yùn)行可靠性、減少設(shè)備維護(hù)量和設(shè)備的占地面積等目的。關(guān)鍵詞:變頻傳動(dòng)共直流母線能量反饋制動(dòng)單元一共直流母線設(shè)計(jì)的原因在部分傳動(dòng)系統(tǒng)中,由于某些機(jī)械件的慣量較大,負(fù)荷間會(huì)互相影響和干擾,使得系統(tǒng)的擾動(dòng)大大增加,從而使得有些傳動(dòng)工作方式在電動(dòng)和發(fā)電之間變化。目前國(guó)內(nèi)很多交流變頻采用PWM調(diào)速方式，變頻器并沒有設(shè)計(jì)使再生能量反饋到三相電網(wǎng)的功能,因此所有變頻器從電動(dòng)機(jī)吸收的能量都會(huì)保存在電解電容中,最終導(dǎo)致變頻器中的母線電壓升高。如果變頻器配備制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻,變頻器就可以通過短時(shí)間接通電阻,使電能以熱方式消耗掉，如果在沒有制動(dòng)電阻和能量反饋單元的情況下，變頻器經(jīng)常性過壓、制動(dòng)會(huì)導(dǎo)致變頻器發(fā)生變頻跳閘、停機(jī)的現(xiàn)象,直接影響到正常生產(chǎn)。在這種情況下,如果有多個(gè)傳動(dòng)變頻器通過直流母線互連的話,一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的再生能量就可以被其他電動(dòng)機(jī)以電動(dòng)的方式消耗吸收。這是一種非常有效的工作方式,即使有多個(gè)部位的電動(dòng)機(jī)一直處于連續(xù)發(fā)電狀態(tài),也不用再去考慮其他的處理再生能量的方式。二共直流母線設(shè)計(jì)的原理（匯川變頻器的應(yīng)用）常見的共直流母線有下列兩種用法，現(xiàn)就將詳細(xì)說明如下：第一種：采用匯川變頻器MD320組成對(duì)于通用變頻器而言，采用共用直流母線很重要的一點(diǎn)就是在上電時(shí)必須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保護(hù)等。圖所示為在其中一種應(yīng)用比較廣泛的方案。該方案包括3相進(jìn)線（保持同一相位）、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。原理：當(dāng)系統(tǒng)上電的時(shí)候，各個(gè)變頻器上電，但此時(shí)都沒有投入到直流母線中來，當(dāng)每臺(tái)變頻器上電預(yù)充電結(jié)束后，運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)入運(yùn)行就緒狀態(tài)，變頻器D0（F5-04=16）端子輸出信號(hào)，使此臺(tái)變頻器的直流母線處的接觸器吸合，投入到直流母線系統(tǒng)中.當(dāng)系統(tǒng)中任何一臺(tái)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，變頻器D0斷開，自動(dòng)脫離系統(tǒng)，保證其他部分不受影響。采用能量反饋單元或者制動(dòng)單元，能夠把多余的能量釋放，保證母線電壓的穩(wěn)定。此方案的優(yōu)缺點(diǎn)：（1）使用一個(gè)完整的變頻器，而不是單純使用傳統(tǒng)意義上的整流橋加多個(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)從直流母線中分離出來而不影響其他系統(tǒng)；（4）通過連鎖接觸器來控制變頻器的DC到共用母線的聯(lián)絡(luò)；（5）快熔來保護(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須使用同一個(gè)三相電源。在圖中，QF是每個(gè)變頻器的進(jìn)線保護(hù)裝置，它應(yīng)該采用帶輔助觸點(diǎn)的空氣開關(guān)，這主要是因?yàn)橹绷鹘佑|器MC的接通必須同時(shí)滿足QF的輔助觸點(diǎn)閉合和變頻器運(yùn)行狀態(tài)正常這兩個(gè)條件，否則MC就斷開。LR為進(jìn)線電抗器，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)的波動(dòng)并產(chǎn)生高次諧波，使用進(jìn)線電抗器就能有效地避免這些因素對(duì)變頻器的影響，也可用于增加電源阻抗并幫助吸收附近設(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，從而最終保護(hù)變頻器的整流單元。LR的選型原則可選用與變頻器同功率的即可。為確保變頻器上電后順利地掛上DC母線，或是在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，使用在該場(chǎng)合的變頻器必須要有信號(hào)24VDC或干觸點(diǎn)信號(hào)輸出，其輸出信號(hào)至少包括：（1）READY信號(hào)：該信號(hào)輸出有效則表示變頻器無故障，母線電壓正常，可以接受啟動(dòng)命令；（2）FAULT信號(hào)：該信號(hào)輸出表示變頻器故障或者運(yùn)行不就緒。FU為半導(dǎo)體快速熔斷器，額定電壓通常可選700VDC，如Bussman的FWP系列或Gouldshawmut的A70P系列，額定電流必須考慮到驅(qū)動(dòng)電機(jī)在電動(dòng)或制動(dòng)時(shí)的最大能量，一般情況下可以額定負(fù)載的125%電流即可。MC為2P直流接觸器，如ABB的EHDB系列，額定電壓650VDC，其額定電流同樣須根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)制動(dòng)時(shí)的最大電流來定，一般情況下可以選額定負(fù)載的120%電流。第二種：采用匯川MD系列整流單元和MD系列逆變單元組成對(duì)于這種方案，國(guó)內(nèi)采用的比較少，采用共用直流母線很重要的一點(diǎn)就是在上電時(shí)必須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保護(hù)等。該方案包括3相進(jìn)線（保持同一相位）、直流母線、整流單元、逆變單元，電容組，公共制動(dòng)單元或能量回饋裝置和一些附屬元件。原理：當(dāng)系統(tǒng)上電的時(shí)候，整流單元上電，電容組開始充電，當(dāng)充電完成后，各個(gè)逆變單元同時(shí)接入，即MC1和MC2吸合，同時(shí)投入到直流母線中來，當(dāng)系統(tǒng)中任何一臺(tái)逆變器出現(xiàn)故障時(shí)，變頻器relay斷開，自動(dòng)脫離系統(tǒng)，保證其他部分不受影響。采用能量反饋單元或者制動(dòng)單元，能夠把多余的能量釋放，保證母線電壓的穩(wěn)定。三共直流母線設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)和問題討論共直流母線的應(yīng)用在試實(shí)際應(yīng)用中，有很多需要注意的問題，上敘的方案只適合用于幾組變頻器功率相差不大的情況下使用，對(duì)于功率相差比較大的需要采用專用逆變器，下面我們就這種現(xiàn)象做一以下分析：以兩臺(tái)變頻器為例分析，將分析采用一臺(tái)帶二極管整流回路的5.5kW和90kW一臺(tái)帶二極管整流回路交流變頻1)分析預(yù)充電過程交流變頻器處于共直流母線的并列運(yùn)行中時(shí),每臺(tái)變頻器由于自身的充電時(shí)間不同,將導(dǎo)致不同的充電狀態(tài),因此必須等變頻器充電完成后在投入到直流母線系統(tǒng)中。2)運(yùn)行過程分析先對(duì)變頻器的運(yùn)行電流進(jìn)行分析配置情況電動(dòng)機(jī)電流電容直流電流二極管整流電直流熔絲電流流單獨(dú)90KW電動(dòng)并列90KW電動(dòng)并列5.5KW電動(dòng)165.4A12.42A-7.5-90.65100-5.5KW電動(dòng)165.4A12.42A78.1343.7510613.753636445.5KW電動(dòng)165.4A12.42A44.4484.440090KW發(fā)電44有表中數(shù)據(jù)可看出，兩臺(tái)變頻器處在電動(dòng)或者發(fā)電狀態(tài)，母線電壓基本都在540V左右，但是電動(dòng)機(jī)電流、電容直流電流、二極管整流電流和直流熔絲電流,其中包括單獨(dú)電動(dòng)、并列電動(dòng)、并列小容量電動(dòng)和大容量發(fā)電等。很明顯,小容量5.5kW變頻器的直流母線電容電流Ic在并列模式下兩種情況都增長(zhǎng)過快(分別為43.75A和44.44A),甚至超過額定范圍,這將導(dǎo)致直流熔絲電流Ifuse會(huì)居高不下，甚至熔斷。在我們實(shí)際應(yīng)用中，客戶采用的變頻器都是廠家按照功率大小設(shè)計(jì)的母線