In der elektrischen Energieübertragung von Chemieanlagen ist der Einsatz von Frequenzumrichtern für Zentrifugen weit verbreitet. Prozess- und antriebstechnisch bedingt tritt häufig Bremsenergie auf. Bei Frequenzumrichtern gibt es zwei gängige Methoden zur Nutzung dieser Bremsenergie: (1) Ableitung über einen Bremswiderstand, der parallel zum Kondensator im Gleichstrompfad geschaltet ist (Leistungsbremsung); (2) Rückspeisung ins Stromnetz (Rückkopplungsbremsung, auch regenerative Bremsung genannt). Das Prinzip des Gleichstrom-Sammelschienensystems basiert auf einem universellen Frequenzumrichter mit AC-DC-AC-Frequenzumwandlung. Befindet sich der Motor im Bremszustand, wird seine Bremsenergie auf die Gleichstromseite zurückgespeist. Um die Rückkopplungsbremsenergie besser zu nutzen, werden die Gleichstromseiten der einzelnen Frequenzumrichter miteinander verbunden. Befindet sich beispielsweise ein Frequenzumrichter im Brems- und ein anderer im Beschleunigungsmodus, ergänzen sich die Energien. Dieser Artikel schlägt ein Verfahren zur Verwendung eines universellen Frequenzumrichters mit gemeinsamem Gleichstromzwischenkreis in Zentrifugen chemischer Betriebe vor und erläutert dessen Anwendung in der Rückkopplungseinheit von Zentrifugen. Derzeit gibt es mehrere Möglichkeiten zur Nutzung eines gemeinsamen Gleichstromzwischenkreises: (1) Eine gemeinsame, unabhängige Gleichrichtereinheit kann nicht-invertierbar oder invertierbar sein. Erstere verbraucht Energie über einen externen Bremswiderstand, während letztere überschüssige Energie vom Gleichstromzwischenkreis direkt ins Stromnetz zurückspeist, was eine höhere Energieeffizienz und einen besseren Umweltschutz ermöglicht. Der Nachteil ist der höhere Preis. (2) Die große Frequenzumrichtereinheit ist an den Gleichstromzwischenkreis des gemeinsamen großen Frequenzumrichters im Stromnetz angeschlossen. Der kleine Frequenzumrichter benötigt keinen Anschluss an das Stromnetz und somit kein Gleichrichtermodul. Der große Frequenzumrichter ist extern mit einem Bremswiderstand verbunden. (3) Jede Frequenzumrichtereinheit ist an das Stromnetz angeschlossen. Jede Frequenzumrichtereinheit ist mit Gleichrichter- und Wechselrichterschaltungen sowie externen Bremswiderständen ausgestattet, und die Gleichstromzwischenkreise sind miteinander verbunden. Diese Konfiguration kommt häufig zum Einsatz, wenn die Leistung der einzelnen Frequenzumrichter nahe beieinander liegt. Nach der Demontage können sie weiterhin unabhängig voneinander betrieben werden, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Der in diesem Artikel vorgestellte gemeinsame Gleichstrombus stellt die dritte Methode dar und bietet gegenüber den ersten beiden Methoden erhebliche Vorteile: a) Ein gemeinsamer Gleichstrombus reduziert die redundante Konfiguration der Bremseinheiten deutlich, zeichnet sich durch eine einfache und sinnvolle Struktur aus und ist wirtschaftlich zuverlässig. b) Die Zwischenspannung des gemeinsamen Gleichstrombusses ist konstant, und der integrierte Kondensator verfügt über eine hohe Energiespeicherkapazität, wodurch Schwankungen im Stromnetz reduziert werden können.c) Jeder Motor arbeitet in unterschiedlichen Zuständen mit komplementärer Energierückführung, wodurch die dynamischen Eigenschaften des Systems optimiert werden. Die von verschiedenen Frequenzumrichtern im Stromnetz erzeugten Oberwellenstörungen können sich gegenseitig aufheben und so die Oberwellenverzerrung des Stromnetzes reduzieren. 2. Schema für das Drehzahlregelungssystem mit variabler Frequenz vor der Modernisierung 2.1 Einführung in das Zentrifugen-Steuerungssystem Insgesamt wurden 12 Zentrifugen modernisiert, deren Steuerungssysteme jeweils identisch sind. Der Frequenzumrichter ist ein Emerson EV2000 mit 22 kW Leistung und konstantem Drehmoment. Die Rückkopplungseinheiten sind allesamt IPC-PF-1S-Rückkopplungsbremseinheiten. Alle Steuerungssysteme sind mit acht ähnlichen Einheiten zentralisiert. Das Systemdiagramm ist in Abbildung 1 dargestellt. 2.2 Analyse des Bremsvorgangs Beim Bremsen der Zentrifuge befindet sich der Motor im regenerativen Bremszustand. Die im System gespeicherte mechanische Energie wird vom Motor in elektrische Energie umgewandelt und über die sechs Freilaufdioden des Wechselrichters in dessen Gleichstromkreis zurückgespeist. Der Wechselrichter befindet sich in diesem Zustand im Gleichrichtungsbetrieb. Werden im Frequenzumrichter keine Maßnahmen zur Energieeinsparung ergriffen, führt diese Energie zu einem Anstieg der Spannung des Energiespeicherkondensators im Zwischenkreis. Dadurch erhöht sich die Zwischenkreisspannung des Kondensators. Sobald diese 680 V erreicht, schaltet sich die Bremsanlage ein und speist überschüssige elektrische Energie ins Netz zurück. Die Zwischenkreisspannung des Frequenzumrichters wird dabei unter 680 V (ca. 690 V) gehalten, und es werden keine Überspannungsfehler gemeldet. Die Stromkennlinie der Bremsanlage während des Bremsvorgangs ist in Abbildung 2 dargestellt (Bremsdauer: 3 Minuten). Als Messgerät diente ein einphasiger Netzqualitätsanalysator FLUKE 43B. Die Analysesoftware ist [Name der Analysesoftware fehlt]. Daraus ist ersichtlich, dass die Bremsanlage bei jedem Bremsvorgang mit einem maximalen Strom von 27 A arbeiten muss. Der Nennstrom der Bremsanlage beträgt 45 A. Offensichtlich befindet sich die Bremsanlage im Halblastbetrieb. 3. Modifiziertes Drehzahlregelungssystem für Frequenzumrichter 3.1 Entsorgungsmethoden für den gemeinsamen DC-Bus Ein wichtiger Aspekt bei der Verwendung eines gemeinsamen DC-Busses ist die umfassende Berücksichtigung der Steuerung des Frequenzumrichters, von Übertragungsfehlern, der Lastcharakteristik und der Aufrechterhaltung des Eingangsstromkreises beim Einschalten. Das System umfasst eine dreiphasige Zuleitung (bei gleicher Phase), einen DC-Bus, eine universelle Frequenzumrichtergruppe, eine gemeinsame Bremsanlage oder ein Energierückkopplungsgerät sowie einige Hilfskomponenten. Abbildung 3 zeigt eine der gängigen Lösungen für einen universellen Frequenzumrichter. Das Hauptstromkreisdiagramm nach Auswahl des dritten Transformationsschemas ist in Abbildung 3 dargestellt. Die Luftschalter Q1 bis Q4 in Abbildung 3 sind die Zuleitungsschutzgeräte der einzelnen Frequenzumrichter.KM1 bis KM4 sind die Einschaltschütze der einzelnen Frequenzumrichter. KMZ1 bis KMZ3 sind Parallelschütze für den DC-Zwischenkreis. Die Zentrifugen 1 und 2 teilen sich eine Bremseinheit und bilden eine Gruppe, ebenso wie die Zentrifugen 3 und 4. Bei ordnungsgemäßem Betrieb beider Gruppen können diese parallel geschaltet werden. Die Bremsung richtet sich nach der Arbeitsreihenfolge der Bediener vor Ort, sodass die Zentrifugen 1 und 2 sowie 3 und 4 zu unterschiedlichen Zeitpunkten bremsen. Im Normalbetrieb sind üblicherweise jeweils zwei Zentrifugen (1 und 3 sowie 2 und 4) gruppiert. Vier Zentrifugen bremsen in der Regel nicht gleichzeitig. Aufgrund der komplexen Umgebungsbedingungen an realen Einsatzorten kommt es häufig zu Netzschwankungen und Oberschwingungen. Es kann auch zur Erhöhung der Impedanz der Stromversorgung und zur Absorption von Überspannungen und Spannungsspitzen der Hauptstromversorgung verwendet werden, die beim Betrieb benachbarter Geräte entstehen. Dadurch wird die Gleichrichtereinheit des Frequenzumrichters aufrechterhalten. Jeder Frequenzumrichter kann zudem mit einer Eingangsdrossel ausgestattet werden, um diese Faktoren wirksam zu verhindern. Da die ursprüngliche Anlage im Rahmen der Modernisierung dieses Projekts nicht mit Eingangsdrosseln ausgestattet war, wurden keine Eingangsdrosseln oder andere Oberwellenunterdrückungseinrichtungen eingeplant. 3.2 Steuerungssystem: Der Steuerschaltkreis ist in Abbildung 4 dargestellt. Nachdem die vier Frequenzumrichter eingeschaltet und betriebsbereit sind, wird die Ausgangsoption des Fehlerrelais für Frequenzumrichter auf „Frequenzumrichter betriebsbereit“ eingestellt. Nur wenn die Frequenzumrichter eingeschaltet und funktionsfähig sind, können sie parallel geschaltet werden. Bei einem Fehler in einem der Umrichter schließt der Zwischenkreis-Schütz nicht. Die Ausgangsklemmen TA und TC des Fehlerrelais für Frequenzumrichter sind normalerweise offene Kontakte. Nach dem Einschalten ist der Frequenzumrichter betriebsbereit. Die TA- und TC-Schalter jedes Frequenzumrichters sind geschlossen, und der Parallelschütze des Gleichstromzwischenkreises wird nacheinander geschlossen. Andernfalls würde der Schütz abschalten. 3.3 Merkmale des Systems: (1) Verwendung eines kompletten Frequenzumrichters anstelle mehrerer Wechselrichter an der Gleichrichterbrücke. (2) Separate Gleichrichterbrücken, Ladeeinheiten, Kondensatorbänke und Wechselrichter sind nicht erforderlich. (3) Jeder Frequenzumrichter kann unabhängig vom Gleichstromzwischenkreis betrieben werden, ohne andere Systeme zu beeinträchtigen. (4) Die Verbindung des Frequenzumrichters mit dem gemeinsamen Gleichstromzwischenkreis wird über verriegelte Schütze gesteuert. (5) Die Kondensatoreinheiten des am Gleichstromzwischenkreis angeschlossenen Frequenzumrichters werden durch eine Kettensteuerung geschützt. (6) Alle an der Sammelschiene montierten Frequenzumrichter müssen an dieselbe Dreiphasen-Stromversorgung angeschlossen sein.(7) Trennen Sie den Frequenzumrichter nach einer Störung schnell vom DC-Bus, um den Fehlerbereich weiter einzugrenzen. 3.4 Hauptparametereinstellungen des Frequenzumrichters: Auswahl des Run-Befehlskanals F0.03=1, maximale Betriebsfrequenz F0.05=50, Beschleunigungszeit F0.10=300, Verzögerungszeit F0.11=300, Auswahl des Fehlerrelais-Ausgangs F7.12=15, AO1-Ausgangsfunktion F7.26=23.5, geänderte Testdaten. Im Stillstand: Eingangsspannung: 3PH 380 VAC, Busspannung: 530 VDC, DC-Busspannung: 650 V. Beschleunigt eine Maschine, sinkt die Busspannung, die andere Maschine verzögert. Die DC-Busspannung schwankt zwischen 540 und 670 V, die Bremsanlage schaltet sich in diesem Zeitraum nicht ein. Die Gleichspannung, mit der die Bremsanlage üblicherweise arbeitet, beträgt 680 V (siehe Abbildung 5 für Test- und Analysezwecke). 4. Energiesparanalyse: Im Vergleich zur energieverbrauchsbasierten Bremsung ist die Rückkopplungsbremsanlage energiesparend. Allerdings muss jeder Frequenzumrichter mit einer Bremsanlage ausgestattet sein, wenn eine Bremsung erforderlich ist. Daher müssen mehrere Frequenzumrichter zwangsläufig mit mehreren Bremsanlagen ausgestattet werden. Der Preis der Bremsanlagen unterscheidet sich kaum von dem der Frequenzumrichter, die Betriebssicherheit ist jedoch gering. Der weitverbreitete Einsatz von Frequenzumrichtern mit gemeinsamem Gleichstromzwischenkreis in Zentrifugen hat das Problem der Leistungsengpässe zwischen beschleunigten und bremsenden Frequenzumrichtern effektiv gelöst. Diese Lösung reduziert die wiederholte Einstellung der Bremsanlage, senkt die Anzahl der Arbeitszyklen und verringert die Störungen im Stromnetz, wodurch die Netzqualität verbessert wird. Die Reduzierung der Investitionskosten, die Steigerung der Anlagenauslastung und die Einsparung von Anlagen- und Energiekosten sind von großer Bedeutung.Der Preis der Bremsanlage unterscheidet sich kaum von dem des Frequenzumrichters, die Betriebssicherheit ist jedoch geringer. Der weitverbreitete Einsatz von Frequenzumrichtern mit gemeinsamem DC-Bus in Zentrifugen hat das Problem der Überlastung zwischen den Umrichtern – beim Beschleunigen und Bremsen eines Umrichters – effektiv gelöst. Diese Lösung reduziert die wiederholten Einstellungen der Bremsanlage, senkt die Anzahl der Arbeitszyklen und verringert Störungen im Stromnetz, wodurch die Netzqualität verbessert wird. Die Reduzierung der Investitionskosten, die Steigerung der Anlagenauslastung und die Einsparung von Anlagen und Energie sind von großer Bedeutung.Der Preis der Bremsanlage unterscheidet sich kaum von dem des Frequenzumrichters, die Betriebssicherheit ist jedoch geringer. Der weitverbreitete Einsatz von Frequenzumrichtern mit gemeinsamem DC-Bus in Zentrifugen hat das Problem der Überlastung zwischen den Umrichtern – beim Beschleunigen und Bremsen eines Umrichters – effektiv gelöst. Diese Lösung reduziert die wiederholten Einstellungen der Bremsanlage, senkt die Anzahl der Arbeitszyklen und verringert Störungen im Stromnetz, wodurch die Netzqualität verbessert wird. Die Reduzierung der Investitionskosten, die Steigerung der Anlagenauslastung und die Einsparung von Anlagen und Energie sind von großer Bedeutung.