西門子整流單元在開(kāi)卷線上的應(yīng)用

開(kāi)卷線用于將不同規(guī)格的卷材經(jīng)開(kāi)卷、整平、定尺，加工成不同規(guī)格板材，分類堆放整齊。對(duì)于大量使用不同規(guī)格板材的企業(yè)，能夠顯著地增加產(chǎn)量，降低成本，保證質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，是現(xiàn)代企業(yè)必不可少的高效加工機(jī)械。西門子SINAMICSS120是目前市場(chǎng)占有率比較高的變頻器產(chǎn)品，這款產(chǎn)品基于公共直流母線系統(tǒng)的多機(jī)傳動(dòng)，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能專為完成最復(fù)雜的傳動(dòng)任務(wù)而設(shè)計(jì)。本文介紹了SINAMICSS120系列變頻器的不同整流單元，研究不同整流單元的運(yùn)行特性，對(duì)正確選型具有參考意義。開(kāi)卷線工藝流程卷料由上料小車托起，自動(dòng)以卷徑對(duì)中方式插入開(kāi)卷機(jī)卷筒，開(kāi)卷機(jī)以卷寬方式自動(dòng)對(duì)中，然后卷筒脹開(kāi)使料卷固定在開(kāi)卷機(jī)卷筒上。借助引料裝置，將鋼帶引入夾送裝置中，通過(guò)切頭剪去不良板頭，再引入矯直機(jī)中。鋼帶從矯直機(jī)出來(lái)之后，經(jīng)過(guò)活套，由定尺裝置定長(zhǎng)，并通過(guò)剪板機(jī)完成剪切。剪切完成后，通過(guò)輸送皮帶、排料架進(jìn)行堆垛，然后打包、貼標(biāo)簽、入庫(kù)。圖1為開(kāi)卷線工藝流程示意圖。圖1開(kāi)卷線工藝流程示意圖開(kāi)卷線常用整流單元基本整流單元基本整流單元是一種不可調(diào)節(jié)的、兩象限運(yùn)行的電源模塊（能量方向總是從電網(wǎng)輸送到直流母線），這種整流模塊不能將能量從直流母線回饋到電網(wǎng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的再生能量必須通過(guò)連接在直流母線上的制動(dòng)模塊（制動(dòng)單元、制動(dòng)電阻）轉(zhuǎn)換成熱能消耗掉?；菊鲉卧怯删чl管或二極管組成的電源換相的6-脈動(dòng)三相整流器。在進(jìn)線側(cè)，一般連接一個(gè)相對(duì)短路壓降Uk=2%的輸入電抗器?；菊鲉卧▓D2）是SINAMICSG130裝機(jī)裝柜型和G150柜機(jī)的一個(gè)整體組件（均為晶閘管），也是模塊化系統(tǒng)SIANMICSS120裝機(jī)裝柜型和柜機(jī)的一種整流模塊（小功率范圍為晶閘管、900kW/400V和1500kW/（500～690V）的大功率單元為二極管）。圖2帶有Uk=2%的輸入電抗器的SINAMICSS120基本整流單元基本整流單元是一種電源換向整流器，輸入三相電源電壓VLine，其輸出為不可控的，依賴于負(fù)載的直流母線電壓VDC

Line?？蛰d時(shí)，直流電壓充至電源電壓峰值，即：VDCLine=1.41VLine。加載后，直流母線電壓降低，部分加載時(shí)，直流母線電壓VDCLine=1.32VLine，滿載時(shí)，VDC

Line=1.35VLine。由于直流電壓不可控，電源電壓波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致直流母線電壓的波動(dòng)。整流回饋單元SmartInfeed是一種可四象限運(yùn)行的、簡(jiǎn)單的整流回饋單元（圖3），它允許能量從電源流至直流母線，也允許從直流母線流回電源。圖3整流回饋單元由SLM和Uk=4%的輸入電抗器組成整流回饋單元由IGBT逆變器組成，該逆變器工作于電源側(cè)，為電源換向的6-脈動(dòng)橋式整流回饋單元。與有源整流單元不同，其IGBT不按照脈寬調(diào)制方式觸發(fā)。在整流方式（電動(dòng)模式）運(yùn)行時(shí)，電流通過(guò)集成在IGBT模塊中的二極管從電源流至直流母線，從而在電動(dòng)模式下表現(xiàn)為電源換向的6-脈動(dòng)二極管橋式整流電路?；仞伔绞竭\(yùn)行時(shí)，電流流過(guò)電源頻率同步觸發(fā)的IGBT，這樣，在回饋運(yùn)行時(shí)表現(xiàn)為電源換向的6-脈動(dòng)IGBT橋式電路。IGBT與晶閘管不同，它可在任意時(shí)間關(guān)斷，在回饋方式運(yùn)行時(shí)不會(huì)由于電源故障而發(fā)生換向短路，整流回饋單元需在電源側(cè)安裝一個(gè)相對(duì)短路壓降為4%的進(jìn)線電抗器，在SINAMICSS120模塊化系統(tǒng)中，整流回饋單元有裝機(jī)裝柜型和柜機(jī)型。整流回饋單元的IGBT總是在自然換向點(diǎn)觸發(fā)開(kāi)通，120°（電角度）后關(guān)閉，與能量流動(dòng)方向無(wú)關(guān)。因此，電流也就是能量可以隨時(shí)從電源流至直流母線，反之亦然。實(shí)際電流/能量流動(dòng)的方向只取決于電源電壓和直流母線電壓。在穩(wěn)定的電動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，有電流流動(dòng)期間，直流母線電壓總是低于電源電壓，電流通過(guò)二極管從電源流向直流母線；在穩(wěn)定的回饋狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，有電流流動(dòng)期間，直流母線電壓總是高于電源電壓，電流通過(guò)IGBT從直流母線流向電網(wǎng)。這種控制原理的優(yōu)勢(shì)在于，對(duì)負(fù)載的變化，整流回饋單元可以相對(duì)快速地做出反應(yīng)，還可隨時(shí)改變電流流動(dòng)的方向。整流回饋單元是電源換向的整流/回饋設(shè)備，將三相電源電壓VLine整流為不可控的、基于負(fù)載的直流母線電壓VDC

Line。在空載情況下，直流回路充電至電源電壓峰值，即VDC

Line=1.41VLine。直流回路帶載時(shí)，直流母線的電壓跌落大于基本整流單元，這是由于整流回饋單元的電抗器相對(duì)短路壓降為4%，其壓降大于基本整流單元的2%電抗器的壓降。部分負(fù)載時(shí)，直流母線電壓VDCLine=1.32VLine，滿載時(shí)，VDCLine=1.35VLine。由于直流電壓不可控，電源電壓波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致直流母線電壓的波動(dòng)。有源整流單元有源整流單元是用于四象限運(yùn)行的脈沖調(diào)制的整流/回饋單元，它既允許能量從電源流到直流回路，也允許能量反流。有源整流單元由自換向的IGBT逆變器構(gòu)成，該逆變器工作于電源側(cè)，把電源電壓整流為恒定可控的直流電壓。由于在有源整流單元和電源之間安裝了潔凈電源濾波器，使電網(wǎng)的波形接近于正波，因而諧波最小。不同整流單元的特性比較表1為不同類型的整流單元所有關(guān)鍵特性的簡(jiǎn)單綜合比較。表1不同S