Nella trasmissione elettrica delle aziende chimiche, l'applicazione di azionamenti a frequenza variabile per le centrifughe è molto comune. A causa di varie ragioni legate al processo e alle apparecchiature di azionamento, si verifica spesso il fenomeno dell'energia rigenerativa. Nei convertitori di frequenza generali, i due metodi più comunemente utilizzati per gestire l'energia rigenerativa sono: (1) dissipandola nella "resistenza di frenatura" artificialmente posta in parallelo al condensatore nel percorso del flusso CC, che è chiamato stato di frenatura di potenza; (2) se viene reimmessa nella rete elettrica, è chiamata stato di frenatura a retroazione (noto anche come stato di frenatura rigenerativa). Il principio del bus comune CC si basa sul dispositivo di conversione di frequenza universale che utilizza il metodo di conversione di frequenza CA-CC-CA. Quando il motore è in stato di frenatura, la sua energia di frenatura viene reimmessa sul lato CC. Per gestire al meglio l'energia di frenatura a retroazione, è stato adottato il metodo di collegamento del lato CC di ciascun dispositivo di conversione di frequenza. Ad esempio, quando un convertitore di frequenza è in modalità di frenatura e un altro convertitore di frequenza è in modalità di accelerazione, le energie possono completarsi a vicenda. Questo articolo propone uno schema di utilizzo di un convertitore di frequenza universale con un bus CC comune nelle centrifughe delle aziende chimiche e ne illustra l'ulteriore applicazione nell'unità di retroazione delle centrifughe. Attualmente, esistono diversi modi per utilizzare il bus CC comune: (1) Un'unità raddrizzatore indipendente comune può essere non invertibile o invertibile. La prima consuma energia tramite una resistenza di frenatura esterna, mentre la seconda può restituire completamente l'energia in eccesso dal bus CC direttamente alla rete elettrica, il che ha un maggiore significato in termini di risparmio energetico e tutela ambientale. Lo svantaggio è che il prezzo è più elevato rispetto alla prima. (2) L'unità di conversione di frequenza di grandi dimensioni è collegata al bus CC del convertitore di frequenza di grandi dimensioni condiviso nella rete elettrica. Il convertitore di frequenza di piccole dimensioni non necessita di essere collegato alla rete elettrica, quindi non è necessario un modulo raddrizzatore. Il convertitore di frequenza di grandi dimensioni è collegato esternamente a una resistenza di frenatura. (3) Ogni unità di conversione di frequenza è collegata alla rete elettrica. Ogni unità di conversione di frequenza è dotata di circuiti raddrizzatori e inverter e resistenze di frenatura esterne, e le barre collettrici CC sono interconnesse. Questa situazione viene spesso utilizzata quando la potenza di ciascuna unità di conversione di frequenza è ravvicinata. Dopo lo smontaggio, è possibile utilizzarle indipendentemente senza interferire tra loro. Il bus CC comune presentato in questo articolo è il terzo metodo, che presenta vantaggi significativi rispetto ai primi due: a) Il bus CC condiviso può ridurre notevolmente la configurazione ridondante delle unità di frenatura, con una struttura semplice e ragionevole, ed è economicamente affidabile. b) La tensione CC intermedia del bus CC condiviso è costante e il condensatore combinato ha un'elevata capacità di accumulo di energia, il che può ridurre le fluttuazioni nella rete elettrica.c. Ogni motore opera in stati diversi, con retroazione energetica complementare, ottimizzando le caratteristiche dinamiche del sistema. d. Le diverse interferenze armoniche generate dai vari convertitori di frequenza nella rete elettrica possono annullarsi a vicenda, riducendo il tasso di distorsione armonica della rete elettrica. 2. Schema del sistema di regolazione della velocità a frequenza variabile prima della ristrutturazione 2.1 Introduzione al sistema di controllo della centrifuga Sono state rinnovate in totale 12 centrifughe e ogni sistema di controllo è lo stesso. Il convertitore di frequenza è un Emerson EV2000 serie 22 kW, a coppia costante, e le unità di retroazione sono tutte unità di frenatura a retroazione IPC-PF-1S. Tutti i sistemi di controllo sono centralizzati con otto unità simili. Lo schema del sistema è mostrato in Figura 1. Come mostrato in Figura 1, ogni convertitore di frequenza richiede un'unità di frenatura a retroazione e i rispettivi sistemi di controllo sono completamente indipendenti. 2.2 Analisi del funzionamento della frenatura durante la frenatura Quando la centrifuga frena, il motore si trova in uno stato di frenatura rigenerativa e l'energia meccanica immagazzinata nel sistema viene convertita in energia elettrica dal motore, che viene reimmessa nel circuito CC dell'inverter attraverso i sei diodi di ricircolo dell'inverter. In questo momento, l'inverter è in stato di raddrizzamento. A questo punto, se non vengono prese misure di consumo energetico nel convertitore di frequenza, questa energia causerà un aumento della tensione del condensatore di accumulo di energia nel circuito intermedio. A questo punto, la tensione del bus CC del condensatore aumenterà. Quando raggiunge i 680 V, l'unità di frenatura inizierà a funzionare, ovvero a reimmettere l'energia elettrica in eccesso sul lato rete. A questo punto, la tensione del bus CC di un singolo convertitore di frequenza verrà mantenuta al di sotto di 680 V (circa 690 V) e il convertitore di frequenza non segnalerà guasti da sovratensione. La curva di corrente dell'unità di frenatura di un singolo convertitore di frequenza durante la frenatura è mostrata nella Figura 2, con un tempo di frenatura di 3 minuti. Lo strumento di prova è l'analizzatore di qualità dell'alimentazione monofase FLUKE 43B e il software di analisi è "FlukeView Power Quality Analyzer versione 3.10.1". Figura 2 Curva di corrente dell'unità di frenatura durante il funzionamento. Da ciò, si può osservare che ogni volta che il freno viene azionato, l'unità di frenatura deve funzionare con una corrente massima di 27 A. La corrente nominale dell'unità di frenatura è di 45 A. Ovviamente, l'unità di frenatura si trova in uno stato di mezzo carico. 3. Schema modificato del sistema di regolazione della velocità di conversione di frequenza 3.1 Metodi di smaltimento per bus CC comune Un aspetto importante dell'utilizzo di un bus CC condiviso è considerare attentamente il controllo del convertitore di frequenza, i guasti di trasmissione, le caratteristiche del carico e la manutenzione del circuito principale di ingresso all'accensione. Il piano comprende una linea di ingresso trifase (che mantiene la stessa fase), un bus CC, un gruppo di convertitori di frequenza universali, un'unità di frenatura comune o un dispositivo di feedback energetico e alcuni componenti ausiliari.Per un convertitore di frequenza universale, la Figura 3 mostra una delle soluzioni più diffuse. Lo schema del circuito principale dopo aver selezionato il terzo schema di trasformazione è mostrato in Figura 3. Gli interruttori pneumatici da Q1 a Q4 in Figura 3 sono i dispositivi di protezione della linea in ingresso di ciascun convertitore di frequenza, mentre da KM1 a KM4 sono i contattori di accensione di ciascun convertitore di frequenza. Da KMZ1 a KMZ3 sono contattori paralleli per il bus CC. Le centrifughe 1 e 2 condividono un'unità di frenatura e formano un gruppo, mentre le centrifughe 3 e 4 condividono un'unità di frenatura e formano un gruppo. Quando entrambi i gruppi funzionano correttamente, possono essere collegati in parallelo. Allo stesso tempo, si basa anche sulla sequenza di lavoro degli operatori in loco, con le centrifughe 1 e 2 che frenano in momenti diversi, e le centrifughe 3 e 4 che frenano in momenti diversi. Durante il normale funzionamento, due centrifughe, 1 e 3, sono solitamente raggruppate insieme, mentre 2 e 4 sono raggruppate insieme. Quattro centrifughe generalmente non frenano simultaneamente. A causa della complessità dell'ambiente di lavoro reale, la rete elettrica spesso oscilla e si verificano armoniche di ordine elevato. Può anche essere utilizzato per aumentare l'impedenza dell'alimentazione e contribuire ad assorbire la sovratensione e i picchi di tensione dell'alimentazione principale generati quando vengono messe in funzione apparecchiature vicine, mantenendo così in funzione l'unità di raddrizzamento del convertitore di frequenza. Ogni convertitore di frequenza può anche utilizzare un reattore di ingresso per impedire efficacemente che questi fattori influiscano sul convertitore di frequenza. Nella ristrutturazione di questo progetto, poiché le apparecchiature originali non erano dotate di reattori di linea di ingresso, non sono stati disegnati reattori di linea di ingresso o altri dispositivi di controllo delle armoniche. Figura 3 Schema del convertitore di frequenza modificato e del sistema di frenaturaPuò anche essere utilizzato per aumentare l'impedenza dell'alimentazione e contribuire ad assorbire le sovratensioni e i picchi di tensione dell'alimentazione principale generati quando vengono messe in funzione apparecchiature vicine, mantenendo così inalterata l'unità di raddrizzamento del convertitore di frequenza. Ogni convertitore di frequenza può anche utilizzare un reattore di ingresso per impedire efficacemente che questi fattori influiscano sul convertitore di frequenza. Nella ristrutturazione di questo progetto, poiché le apparecchiature originali non erano dotate di reattori di linea di ingresso, non sono stati disegnati reattori di linea di ingresso o altri dispositivi di controllo armonico. Figura 3 Schema del convertitore di frequenza modificato e del sistema di frenatura.Può anche essere utilizzato per aumentare l'impedenza dell'alimentazione e contribuire ad assorbire le sovratensioni e i picchi di tensione dell'alimentazione principale generati quando vengono messe in funzione apparecchiature vicine, mantenendo così inalterata l'unità di raddrizzamento del convertitore di frequenza. Ogni convertitore di frequenza può anche utilizzare un reattore di ingresso per impedire efficacemente che questi fattori influiscano sul convertitore di frequenza. Nella ristrutturazione di questo progetto, poiché le apparecchiature originali non erano dotate di reattori di linea di ingresso, non sono stati disegnati reattori di linea di ingresso o altri dispositivi di controllo armonico. Figura 3 Schema del convertitore di frequenza modificato e del sistema di frenatura.
3.2 Schema del sistema di controllo: Il circuito di controllo è mostrato in Figura 4. Dopo l'accensione dei quattro convertitori di frequenza e la loro disponibilità al funzionamento, l'opzione di uscita del relè di guasto del convertitore di frequenza viene impostata su "convertitore di frequenza pronto al funzionamento". Solo quando i convertitori di frequenza sono accesi e in condizioni normali, possono essere collegati in parallelo. Se uno di essi presenta un guasto, il contattore del bus CC non si chiude. I terminali di uscita TA e TC del relè di guasto del convertitore di frequenza sono contatti normalmente aperti. Dopo l'accensione, il convertitore di frequenza è "pronto al funzionamento" e i terminali TA e TC di ciascun convertitore di frequenza sono chiusi, mentre il contattore parallelo del bus CC viene chiuso in sequenza. In caso contrario, il contattore si disconnetterà.3.3 Caratteristiche del piano (1) Utilizzare un convertitore di frequenza completo invece di aggiungere semplicemente più inverter al ponte raddrizzatore. (2) Non sono necessari ponti raddrizzatori, unità di carica, banchi di condensatori e inverter separati. (3) Ogni convertitore di frequenza può essere separato separatamente dal bus CC senza influire sugli altri sistemi. (4) Controllare la connessione del bus comune CC del convertitore di frequenza tramite contattori di interblocco. (5) Il controllo a catena viene utilizzato per proteggere le unità condensatore del convertitore di frequenza appese al bus CC. (6) Tutti i convertitori di frequenza montati sulla barra collettrice devono utilizzare la stessa alimentazione trifase. (7) Scollegare rapidamente il convertitore di frequenza dal bus CC dopo un malfunzionamento per restringere ulteriormente la portata del guasto del convertitore di frequenza. 3.4 Impostazioni dei parametri principali del convertitore di frequenza Selezione del canale di comando di esecuzione F0.03 = 1, frequenza operativa massima impostata F0.05 = 50, tempo di accelerazione impostato F0.10 = 300, tempo di decelerazione impostato F0.11 = 300, selezione dell'uscita del relè di guasto F7.12=15, funzione di uscita AO1 F7.26=23.5, dati di prova modificati. All'arresto, tensione in ingresso: 3PH 380 V CA, tensione del bus: 530 V CC, tensione del bus CC: 650 V. Quando una macchina accelera, la tensione del bus diminuisce e l'altra macchina decelera. La tensione del bus CC oscilla tra 540 e 670 V e l'unità di frenatura non si attiva in questo momento. La tensione CC a cui generalmente funziona l'unità di frenatura è di 680 V, come mostrato in Figura 5 per test e analisi. Figura 5 Diagramma di monitoraggio della corrente di lavoro dell'unità di frenatura modificata 4, Analisi del risparmio energetico Rispetto alla frenatura a consumo di energia per resistenza, l'unità di frenatura a retroazione è un'applicazione a risparmio energetico, ma richiede che ogni convertitore di frequenza sia dotato di un'unità di frenatura quando è necessaria la frenatura. È inevitabile che diversi convertitori di frequenza debbano essere dotati di diverse unità di frenatura e il prezzo dell'unità di frenatura non è molto diverso da quello del convertitore di frequenza, ma il tasso di continuità del lavoro non è molto elevato.L'ampia applicazione di convertitori di frequenza con bus CC condiviso nelle centrifughe ha risolto efficacemente il problema del "non si mangia mai abbastanza e l'altro non si vomita" quando un convertitore di frequenza accelera e l'altro frena. Questa soluzione riduce la ripetitività dell'impostazione dell'unità di frenatura, diminuisce il numero di cicli di lavoro e riduce anche il numero di interferenze con la rete elettrica, migliorando la qualità dell'energia elettrica. Ridurre gli investimenti in apparecchiature, aumentarne l'utilizzo e risparmiare apparecchiature ed energia sono di grande importanza. 5、 Conclusione L'ampia applicazione di convertitori di frequenza universali con bus CC condiviso risolve efficacemente il problema del consumo energetico asincrono e dei tempi di feedback, il che è di grande importanza per ridurre gli investimenti in apparecchiature, ridurre le interferenze di rete e migliorare l'utilizzo delle apparecchiature.