En la transmisión eléctrica de las empresas químicas, la aplicación de variadores de frecuencia para centrífugas es muy común. Debido a diversas razones del proceso y del equipo de accionamiento, el fenómeno de la energía regenerativa se produce con frecuencia. En los convertidores de frecuencia generales, existen dos métodos comunes para gestionar la energía regenerativa: (1) disiparla en la resistencia de frenado, conectada artificialmente en paralelo con el condensador en la trayectoria del flujo de CC, lo que se denomina estado de frenado de potencia; (2) si se devuelve a la red eléctrica, se denomina estado de frenado por retroalimentación (también conocido como estado de frenado regenerativo). El principio del bus común de CC se basa en el dispositivo de conversión de frecuencia universal que utiliza el método de conversión de frecuencia CA-CC-CA. Cuando el motor está en estado de frenado, su energía de frenado se devuelve al lado de CC. Para gestionar mejor la energía de frenado por retroalimentación, se ha adoptado el método de conectar el lado de CC de cada dispositivo de conversión de frecuencia. Por ejemplo, cuando un convertidor de frecuencia está en modo de frenado y otro en modo de aceleración, las energías se complementan. Este artículo propone un esquema para el uso de un convertidor de frecuencia universal con un bus de CC común en centrífugas de empresas químicas y detalla su aplicación en la unidad de retroalimentación de centrífugas. Actualmente, existen múltiples maneras de usar el bus de CC común: (1) Una unidad rectificadora independiente común puede ser no invertible o invertible. La primera consume energía a través de una resistencia de frenado externa, mientras que la segunda puede realimentar completamente el exceso de energía del bus de CC directamente a la red eléctrica, lo que ofrece mayor ahorro energético y protección ambiental. La desventaja es su precio más elevado que la primera. (2) La unidad de conversión de frecuencia grande se conecta al bus de CC del convertidor de frecuencia grande compartido en la red eléctrica. El convertidor de frecuencia pequeño no necesita estar conectado a la red eléctrica, por lo que no requiere un módulo rectificador. El convertidor de frecuencia grande se conecta externamente a una resistencia de frenado. (3) Cada unidad de conversión de frecuencia se conecta a la red eléctrica. Cada unidad de conversión de frecuencia está equipada con circuitos rectificadores e inversores y resistencias de frenado externas, y las barras colectoras de CC están interconectadas. Esta situación se utiliza a menudo cuando la potencia de cada unidad de conversión de frecuencia es similar. Tras el desmontaje, pueden seguir utilizándose de forma independiente sin afectarse mutuamente. El bus común de CC presentado en este artículo es el tercer método, que presenta ventajas significativas en comparación con los dos primeros: a) El bus de CC compartido reduce considerablemente la configuración redundante de las unidades de frenado, con una estructura simple y razonable, y es económicamente fiable. b) La tensión de CC intermedia del bus de CC compartido es constante y el condensador combinado tiene una gran capacidad de almacenamiento de energía, lo que puede reducir las fluctuaciones en la red eléctrica.c、 Cada motor opera en diferentes estados, con retroalimentación de energía complementaria, lo que optimiza las características dinámicas del sistema. d、 Las diferentes interferencias armónicas generadas por los distintos convertidores de frecuencia en la red eléctrica pueden compensarse entre sí, reduciendo la tasa de distorsión armónica de la red. 2、 Esquema del sistema de regulación de velocidad de frecuencia variable antes de la renovación. 2.1 Introducción al sistema de control de centrífugas. Se han renovado un total de 12 centrífugas, y cada sistema de control es el mismo. El convertidor de frecuencia es Emerson EV2000 de 22 kW, de par constante, y las unidades de retroalimentación son unidades de frenado de retroalimentación IPC-PF-1S. Todos los sistemas de control están centralizados con ocho unidades similares. El diagrama del sistema se muestra en la Figura 1. Como se muestra en la Figura 1, cada convertidor de frecuencia requiere una unidad de frenado de retroalimentación, y sus respectivos sistemas de control son completamente independientes. 2.2 Análisis del frenado durante el frenado. Cuando la centrífuga frena, el motor se encuentra en estado de frenado regenerativo, y la energía mecánica almacenada en el sistema se convierte en energía eléctrica, la cual se envía de vuelta al circuito de CC del inversor a través de sus seis diodos de rueda libre. En este momento, el inversor se encuentra en estado rectificado. En este punto, si no se toman medidas de consumo de energía en el convertidor de frecuencia, esta energía provocará un aumento de la tensión del condensador de almacenamiento de energía en el circuito intermedio. En este momento, la tensión del bus de CC del condensador aumentará. Cuando alcance los 680 V, la unidad de frenado comenzará a funcionar, es decir, devolviendo el exceso de energía eléctrica a la red. En este momento, la tensión del bus de CC de un solo convertidor de frecuencia se mantendrá por debajo de 680 V (aproximadamente 690 V), y el convertidor de frecuencia no reportará fallos de sobretensión. La curva de corriente de la unidad de frenado de un convertidor de frecuencia durante el frenado se muestra en la Figura 2, con un tiempo de frenado de 3 minutos. El instrumento de prueba es el analizador de calidad eléctrica monofásico FLUKE 43B y el software de análisis es "FlukeView Power Quality Analyzer Versión 3.10.1". Figura 2. Curva de corriente de la unidad de frenado durante el funcionamiento. De esta forma, se observa que cada vez que se aplica el freno, la unidad de frenado debe funcionar con una corriente máxima de 27 A. La corriente nominal de la unidad de frenado es de 45 A. Obviamente, la unidad de frenado se encuentra en estado de media carga. 3. Esquema del sistema de regulación de velocidad de conversión de frecuencia modificado. 3.1 Métodos de eliminación del bus de CC común. Un aspecto importante del uso de un bus de CC compartido es considerar completamente el control del convertidor de frecuencia, los fallos de transmisión, las características de la carga y el mantenimiento del circuito principal de entrada durante el encendido. El plan incluye una línea de entrada trifásica (manteniendo la misma fase), un bus de CC, un grupo convertidor de frecuencia universal, una unidad de frenado común o un dispositivo de retroalimentación de energía y algunos componentes auxiliares.Para un convertidor de frecuencia universal, la Figura 3 muestra una de las soluciones más utilizadas. El diagrama del sistema del circuito principal tras seleccionar el tercer esquema de transformación se muestra en la Figura 3. Los interruptores de aire Q1 a Q4 en la Figura 3 son los dispositivos de protección de la línea de entrada de cada convertidor de frecuencia, y KM1 a KM4 son los contactores de encendido de cada convertidor de frecuencia. KMZ1 a KMZ3 son contactores en paralelo para el bus de CC. Las centrífugas 1# y 2# comparten una unidad de frenado y forman un grupo, mientras que las centrífugas 3# y 4# comparten una unidad de frenado y forman un grupo. Cuando ambos grupos funcionan correctamente, se pueden conectar en paralelo. Al mismo tiempo, también se basa en la secuencia de trabajo de los operadores in situ, con las centrífugas 1# y 2# frenando en diferentes momentos, y las centrífugas 3# y 4# frenando en diferentes momentos. Durante el funcionamiento normal, dos centrífugas, 1# y 3#, suelen estar agrupadas, mientras que las 2# y 4# están agrupadas. Por lo general, cuatro centrífugas no frenan simultáneamente. Debido al complejo entorno de las obras, la red eléctrica suele vibrar y generar armónicos de alto orden. También se puede utilizar para aumentar la impedancia de la fuente de alimentación y ayudar a absorber las sobretensiones y picos de tensión de la fuente de alimentación principal que se generan al poner en funcionamiento equipos cercanos, manteniendo así la unidad de rectificación del convertidor de frecuencia. Cada convertidor de frecuencia puede utilizar una reactancia de entrada para evitar eficazmente que estos factores afecten al convertidor. En la renovación de este proyecto, dado que el equipo original no contaba con reactancias de línea de entrada, no se diseñaron reactancias de línea de entrada ni otros dispositivos de control de armónicos. Figura 3. Diagrama esquemático del sistema modificado de convertidor de frecuencia y unidad de frenado.También se puede utilizar para aumentar la impedancia de la fuente de alimentación y ayudar a absorber las sobretensiones y picos de tensión de la fuente de alimentación principal que se generan al poner en funcionamiento equipos cercanos, manteniendo así la unidad de rectificación del convertidor de frecuencia. Cada convertidor de frecuencia puede utilizar una reactancia de entrada para evitar eficazmente que estos factores afecten al convertidor. En la renovación de este proyecto, dado que el equipo original no contaba con reactancias de línea de entrada, no se diseñaron reactancias de línea de entrada ni otros dispositivos de control de armónicos. Figura 3. Diagrama esquemático del sistema modificado de convertidor de frecuencia y unidad de frenado.También se puede utilizar para aumentar la impedancia de la fuente de alimentación y ayudar a absorber las sobretensiones y picos de tensión de la fuente de alimentación principal que se generan al poner en funcionamiento equipos cercanos, manteniendo así la unidad de rectificación del convertidor de frecuencia. Cada convertidor de frecuencia puede utilizar una reactancia de entrada para evitar eficazmente que estos factores afecten al convertidor. En la renovación de este proyecto, dado que el equipo original no contaba con reactancias de línea de entrada, no se diseñaron reactancias de línea de entrada ni otros dispositivos de control de armónicos. Figura 3. Diagrama esquemático del sistema modificado de convertidor de frecuencia y unidad de frenado.
3.2 Esquema del sistema de control: El circuito de control se muestra en la Figura 4. Tras encender los cuatro convertidores de frecuencia y estar cada uno listo para funcionar, la opción de salida del terminal de salida del relé de fallo del convertidor de frecuencia se establece en "Convertidor de frecuencia listo para funcionar". Solo cuando los convertidores de frecuencia están encendidos y en condiciones normales, pueden conectarse en paralelo. Si alguno de ellos presenta una falla, el contactor del bus de CC no se cerrará. Los terminales de salida TA y TC del relé de fallo del convertidor de frecuencia son contactos normalmente abiertos. Tras el encendido, el convertidor de frecuencia está "listo para funcionar", y los terminales TA y TC de cada convertidor de frecuencia se cierran, y el contactor del bus de CC en paralelo se cierra en secuencia. De lo contrario, el contactor se desconectará. 3.3 Características del plan (1) Use un convertidor de frecuencia completo en lugar de simplemente agregar múltiples inversores al puente rectificador. (2) No hay necesidad de puentes rectificadores, unidades de carga, bancos de condensadores e inversores separados. (3) Cada convertidor de frecuencia se puede separar por separado del bus de CC sin afectar a otros sistemas. (4) Controle la conexión del bus común de CC del convertidor de frecuencia mediante contactores de enclavamiento. (5) El control de cadena se utiliza para proteger las unidades de condensador del convertidor de frecuencia que cuelgan del bus de CC. (6) Todos los convertidores de frecuencia montados en la barra colectora deben usar la misma fuente de alimentación trifásica. (7) Desconecte rápidamente el convertidor de frecuencia del bus de CC después de un mal funcionamiento para reducir aún más el alcance de la falla del convertidor de frecuencia. 3.4 Ajustes de parámetros principales del convertidor de frecuencia Selección del canal de comando de ejecución F0.03 = 1, frecuencia de operación máxima establecida F0.05 = 50, tiempo de aceleración establecido F0.10 = 300, tiempo de desaceleración establecido F0.11 = 300, selección de salida de relé de falla F7.12=15, función de salida AO1 F7.26=23.5, datos de prueba modificados. Al detenerse, voltaje de entrada: 380 V CA trifásico, voltaje del bus: 530 V CC, voltaje del bus de CC: 650 V. Cuando una máquina acelera, el voltaje del bus disminuye y la otra máquina desacelera. El voltaje del bus de CC fluctúa entre 540 y 670 V, y la unidad de frenado no se activa en este momento. El voltaje de CC con el que la unidad de frenado generalmente funciona es de 680 V, como se muestra en la Figura 5 para pruebas y análisis. Figura 5 Diagrama de monitoreo de la corriente de trabajo de la unidad de frenado modificada. 4. Análisis de ahorro de energía. En comparación con el frenado por consumo de energía por resistencia, la unidad de frenado por retroalimentación es una aplicación de ahorro de energía, pero requiere que cada convertidor de frecuencia esté equipado con una unidad de frenado cuando se necesita frenar. Es inevitable que varios convertidores de frecuencia deban estar equipados con varias unidades de frenado, y el precio de la unidad de frenado no difiere mucho del del convertidor de frecuencia, pero la tasa de continuidad de trabajo no es muy alta.La aplicación generalizada de convertidores de frecuencia de bus de CC compartidos en centrífugas ha resuelto eficazmente el problema de "uno no puede comer lo suficiente y el otro no puede vomitar" cuando un convertidor de frecuencia acelera y el otro frena. Esta solución reduce la configuración repetitiva de la unidad de frenado, disminuye el número de ciclos de trabajo y también reduce el número de interferencias con la red eléctrica, mejorando así la calidad de la energía. Reducir la inversión en equipos, aumentar su utilización y ahorrar tanto en equipos como en energía es fundamental. 5. Conclusión: La aplicación generalizada de convertidores de frecuencia universales que comparten barras colectoras de CC resuelve eficazmente el problema del consumo de energía asíncrono y los períodos de retroalimentación, lo cual es fundamental para reducir la inversión en equipos, reducir las interferencias en la red y mejorar la utilización de los equipos.