W elektroenergetycznym systemie przesyłu energii w przedsiębiorstwach chemicznych, zastosowanie przemienników częstotliwości (VF) w wirówkach jest bardzo powszechne. Z uwagi na różne uwarunkowania procesu i urządzeń napędowych, zjawisko energii regeneracyjnej często występuje. W przypadku przetwornic częstotliwości, istnieją dwa najczęściej stosowane sposoby przetwarzania energii regeneracyjnej: (1) rozpraszanie jej w „rezystorze hamującym” sztucznie połączonym równolegle z kondensatorem w ścieżce przepływu prądu stałego, co nazywa się stanem hamowania mocą; (2) Jeśli jest ona zwracana do sieci elektroenergetycznej, nazywa się to stanem hamowania ze sprzężeniem zwrotnym (znanym również jako stan hamowania regeneracyjnego). Zasada działania wspólnej magistrali prądu stałego (DC) opiera się na uniwersalnym urządzeniu do konwersji częstotliwości wykorzystującym metodę konwersji częstotliwości AC-DC-AC. Gdy silnik jest w stanie hamowania, jego energia hamowania jest zwracana do strony prądu stałego. Aby lepiej zarządzać energią hamowania zwrotnego, przyjęto metodę łączenia strony prądu stałego każdego urządzenia do konwersji częstotliwości. Na przykład, gdy jeden przetwornica częstotliwości jest w trybie hamowania, a drugi w trybie przyspieszania, energia może się wzajemnie uzupełniać. W niniejszym artykule zaproponowano schemat zastosowania uniwersalnego przetwornicy częstotliwości ze wspólną szyną DC w wirówkach przedsiębiorstw chemicznych oraz omówiono jego dalsze zastosowanie w układzie sprzężenia zwrotnego w wirówkach. Obecnie istnieje wiele sposobów wykorzystania wspólnej szyny DC: (1) Wspólny, niezależny moduł prostownika może być nieodwracalny lub odwracalny. Pierwszy z nich pobiera energię poprzez zewnętrzny rezystor hamowania, podczas gdy drugi może w pełni przekazać nadmiar energii z szyny DC bezpośrednio do sieci elektroenergetycznej, co ma większe znaczenie dla oszczędności energii i ochrony środowiska. Wadą jest wyższa cena niż w przypadku pierwszego. (2) Duży moduł konwersji częstotliwości jest podłączony do szyny DC współdzielonego dużego przetwornicy częstotliwości w sieci elektroenergetycznej. Mały moduł konwersji częstotliwości nie musi być podłączony do sieci elektroenergetycznej, więc nie ma potrzeby stosowania modułu prostownika. Duży moduł konwersji częstotliwości jest zewnętrznie podłączony do rezystora hamowania. (3) Każdy moduł konwersji częstotliwości jest podłączony do sieci elektroenergetycznej. Każdy moduł konwersji częstotliwości jest wyposażony w obwody prostownika i falownika oraz zewnętrzne rezystory hamowania, a szyny zbiorcze prądu stałego są ze sobą połączone. Ta sytuacja jest często stosowana, gdy moc każdej jednostki konwersji częstotliwości jest zbliżona. Po demontażu mogą one nadal działać niezależnie, bez wzajemnego wpływu. Przedstawiona w tym artykule wspólna szyna DC to trzecia metoda, która oferuje znaczące zalety w porównaniu z dwiema poprzednimi: a) Wspólna szyna DC pozwala znacznie zredukować redundantną konfigurację jednostek hamowania, dzięki prostej i rozsądnej konstrukcji, a także jest ekonomicznie niezawodna. b) Pośrednie napięcie DC wspólnej szyny DC jest stałe, a połączony kondensator ma dużą pojemność magazynowania energii, co może zmniejszyć wahania w sieci elektroenergetycznej.c. Każdy silnik pracuje w różnych stanach, z komplementarnym sprzężeniem zwrotnym energii, optymalizując charakterystykę dynamiczną systemu. d. Różne zakłócenia harmoniczne generowane przez różne przetwornice częstotliwości w sieci elektroenergetycznej mogą się wzajemnie znosić, zmniejszając współczynnik zniekształceń harmonicznych w sieci elektroenergetycznej. 2. Schemat układu regulacji prędkości obrotowej o zmiennej częstotliwości przed remontem 2.1 Wprowadzenie do układu sterowania wirówką. Zmodernizowano łącznie 12 wirówek, a każdy układ sterowania jest taki sam. Zastosowano przetwornicę częstotliwości Emerson serii EV2000 o mocy 22 kW i stałym momencie obrotowym, a jednostki sprzężenia zwrotnego to zasilane jednostki hamowania ze sprzężeniem zwrotnym IPC-PF-1S. Wszystkie układy sterowania są scentralizowane i składają się z ośmiu podobnych jednostek. Schemat układu przedstawiono na rysunku 1. Jak pokazano na rysunku 1, każdy przemiennik częstotliwości wymaga układu hamowania ze sprzężeniem zwrotnym, a ich układy sterowania są całkowicie niezależne. 2.2 Analiza hamowania podczas hamowania. Podczas hamowania wirówki silnik znajduje się w trybie hamowania odzyskowego, a energia mechaniczna zmagazynowana w układzie jest przekształcana przez silnik w energię elektryczną, która jest przesyłana z powrotem do obwodu prądu stałego falownika poprzez sześć diod gaszenia. W tym momencie falownik znajduje się w stanie wyprostowanym. W tym momencie, jeśli w przemienniku częstotliwości nie zostaną podjęte żadne działania mające na celu ograniczenie zużycia energii, energia ta spowoduje wzrost napięcia kondensatora magazynującego energię w obwodzie pośrednim. W tym momencie wzrośnie napięcie na szynie prądu stałego kondensatora. Po osiągnięciu 680 V, układ hamowania rozpocznie działanie, tj. zwróci nadmiar energii elektrycznej do sieci. W tym momencie napięcie na szynie prądu stałego pojedynczego przemiennika częstotliwości będzie utrzymywane poniżej 680 V (około 690 V), a przemiennik częstotliwości nie zgłosi usterek przepięcia. Krzywa prądu jednostki hamującej pojedynczego przemiennika częstotliwości podczas hamowania jest pokazana na rysunku 2, przy czasie hamowania 3 minut. Instrumentem pomiarowym jest jednofazowy analizator jakości zasilania FLUKE 43B, a oprogramowanie analityczne to „FlukeView Power Quality Analyzer wersja 3.10.1”. Rysunek 2 Krzywa prądu jednostki hamującej podczas pracy. Z tego wynika, że ​​przy każdym uruchomieniu hamulca jednostka hamująca musi pracować z maksymalnym prądem 27 A. Prąd znamionowy jednostki hamującej wynosi 45 A. Oczywiście jednostka hamująca znajduje się w stanie połowy obciążenia. 3. Zmodyfikowany schemat układu regulacji prędkości konwersji częstotliwości 3.1 Metody utylizacji dla wspólnej szyny DC. Jednym z ważnych aspektów korzystania ze wspólnej szyny DC jest pełne uwzględnienie sterowania przemiennikiem częstotliwości, usterek transmisji, charakterystyki obciążenia i konserwacji obwodu głównego wejściowego podczas włączania zasilania. Plan obejmuje trójfazową linię wejściową (zachowującą tę samą fazę), szynę prądu stałego, uniwersalną grupę przetwornic częstotliwości, wspólną jednostkę hamowania lub urządzenie sprzężenia zwrotnego energii i kilka elementów pomocniczych.Rysunek 3 przedstawia jedno z powszechnie stosowanych rozwiązań uniwersalnego przetwornicy częstotliwości. Schemat układu głównego po wybraniu trzeciego schematu transformacji przedstawiono na rysunku 3. Wyłączniki pneumatyczne Q1 do Q4 na rysunku 3 to zabezpieczenia linii wejściowej każdego przetwornicy częstotliwości, a KM1 do KM4 to styczniki zasilania każdego przetwornicy częstotliwości. KMZ1 do KMZ3 to styczniki równoległe dla szyny DC. Wirówki 1 # i 2 # dzielą jeden zespół hamulcowy i tworzą grupę, podczas gdy wirówki 3 # i 4 # dzielą jeden zespół hamulcowy i tworzą grupę. Gdy obie grupy działają prawidłowo, można je połączyć równolegle. Jednocześnie, kolejność pracy opiera się na sekwencji operatorów na miejscu, przy czym wirówki 1 # i 2 # hamują w różnych momentach, a wirówki 3 # i 4 # hamują w różnych momentach. Podczas normalnej pracy dwie wirówki, 1 # i 3 #, są zazwyczaj grupowane razem, podczas gdy wirówki 2 # i 4 # są grupowane razem. Cztery wirówki zazwyczaj nie hamują jednocześnie. Ze względu na złożoność środowiska rzeczywistych miejsc pracy, sieć energetyczna często drga i występują wyższe harmoniczne. Może być również stosowana do zwiększenia impedancji zasilania i wspomagania absorpcji przepięć i skoków napięcia głównego źródła zasilania generowanych podczas uruchamiania pobliskich urządzeń, co ostatecznie pozwala na utrzymanie sprawności układu prostowniczego przetwornicy częstotliwości. Każda przetwornica częstotliwości może również wykorzystywać dławik wejściowy, aby skutecznie zapobiegać wpływowi tych czynników na przetwornicę częstotliwości. W ramach modernizacji tego projektu, ze względu na brak dławików wejściowych w linii zasilającej w sieci, nie zaprojektowano żadnych dławików wejściowych ani innych urządzeń kontroli harmonicznych. Rysunek 3. Schemat zmodyfikowanego układu przetwornicy częstotliwości i układu hamowania.Może być również stosowany do zwiększenia impedancji zasilacza i wspomagania absorpcji przepięć i skoków napięcia głównego źródła zasilania generowanych podczas uruchamiania pobliskich urządzeń, co ostatecznie pozwala na utrzymanie sprawności układu prostowniczego przetwornicy częstotliwości. Każda przetwornica częstotliwości może również wykorzystywać dławik wejściowy, aby skutecznie zapobiegać wpływowi tych czynników na przetwornicę częstotliwości. W ramach modernizacji tego projektu, ze względu na brak dławików wejściowych w pierwotnym urządzeniu, nie zaprojektowano żadnych dławików wejściowych ani innych urządzeń kontroli harmonicznych. Rysunek 3. Schemat ideowy zmodyfikowanego układu przetwornicy częstotliwości i układu hamowania.Może być również stosowany do zwiększenia impedancji zasilacza i wspomagania absorpcji przepięć i skoków napięcia głównego źródła zasilania generowanych podczas uruchamiania pobliskich urządzeń, co ostatecznie pozwala na utrzymanie sprawności układu prostowniczego przetwornicy częstotliwości. Każda przetwornica częstotliwości może również wykorzystywać dławik wejściowy, aby skutecznie zapobiegać wpływowi tych czynników na przetwornicę częstotliwości. W ramach modernizacji tego projektu, ze względu na brak dławików wejściowych w pierwotnym urządzeniu, nie zaprojektowano żadnych dławików wejściowych ani innych urządzeń kontroli harmonicznych. Rysunek 3. Schemat ideowy zmodyfikowanego układu przetwornicy częstotliwości i układu hamowania.
3.2 Schemat układu sterowania: Układ sterowania przedstawiono na rysunku 4. Po włączeniu zasilania czterech przetwornic częstotliwości i osiągnięciu przez każdą z nich gotowości do pracy, opcja wyjścia przekaźnika błędu przetwornicy częstotliwości jest ustawiana na „przetwornica częstotliwości gotowa do pracy”. Połączenie równoległe przetwornic częstotliwości jest możliwe tylko wtedy, gdy przetwornice częstotliwości są włączone i pracują prawidłowo. W przypadku awarii którejkolwiek z nich, stycznik magistrali DC nie zostanie zamknięty. Zaciski wyjściowe TA i TC przekaźnika błędu przetwornicy częstotliwości są stykami normalnie otwartymi. Po włączeniu zasilania przetwornica częstotliwości jest „gotowa do pracy”, a styki TA i TC każdej przetwornicy częstotliwości są zamknięte, a stycznik równoległy magistrali DC jest zamykany sekwencyjnie. W przeciwnym razie stycznik zostanie rozłączony.3.3 Charakterystyka planu (1) Użyj kompletnego przetwornicy częstotliwości zamiast po prostu dodawać wiele falowników do mostka prostowniczego. (2) Nie ma potrzeby stosowania oddzielnych mostków prostowniczych, jednostek ładujących, banków kondensatorów i falowników. (3) Każdy przetwornicę częstotliwości można oddzielnie oddzielić od szyny DC bez wpływu na inne systemy. (4) Kontroluj połączenie wspólnej szyny DC przetwornicy częstotliwości za pomocą styczników blokujących. (5) Sterowanie łańcuchowe służy do ochrony jednostek kondensatorów przetwornicy częstotliwości zawieszonych na szynie DC. (6) Wszystkie przetwornice częstotliwości zamontowane na szynie zbiorczej muszą korzystać z tego samego zasilania trójfazowego. (7) Szybko odłącz przetwornicę częstotliwości od szyny DC po wystąpieniu awarii, aby jeszcze bardziej zawęzić zakres usterki przetwornicy częstotliwości. 3.4 Główne ustawienia parametrów przetwornicy częstotliwości Wybór kanału polecenia uruchomienia F0.03=1, maksymalna ustawiona częstotliwość robocza F0.05=50, ustawiony czas przyspieszania F0.10=300, ustawiony czas zwalniania F0.11=300, wybór wyjścia przekaźnika błędu F7.12=15, funkcja wyjściowa AO1 F7.26=23,5, zmodyfikowane dane testowe. Podczas zatrzymywania napięcie wejściowe: 3PH 380VAC, napięcie magistrali: 530VDC, napięcie magistrali DC: 650V. Gdy jedna maszyna przyspiesza, napięcie magistrali spada, a druga maszyna zwalnia. Napięcie magistrali DC waha się w zakresie 540-670V, a jednostka hamująca nie włącza się w tym czasie. Napięcie DC, przy którym zazwyczaj pracuje jednostka hamująca, wynosi 680V, ​​jak pokazano na rysunku 5 do testowania i analizy. Rysunek 5 Schemat monitorowania prądu roboczego zmodyfikowanej jednostki hamującej 4, Analiza oszczędzania energii W porównaniu z hamowaniem rezystancyjnym, jednostka hamująca ze sprzężeniem zwrotnym jest aplikacją energooszczędną, ale wymaga, aby każda przetwornica częstotliwości była wyposażona w jednostkę hamującą, gdy hamowanie jest potrzebne. Nieuniknione jest, że kilka przetwornic częstotliwości musi być wyposażonych w kilka jednostek hamujących. Cena jednostki hamującej nie różni się znacząco od ceny przetwornicy częstotliwości, ale wskaźnik ciągłości pracy nie jest bardzo wysoki.Powszechne zastosowanie wirówek z współdzielonymi szynami DC skutecznie rozwiązało problem „jeden nie może jeść, a drugi nie może wymiotować”, gdy jeden z nich przyspiesza, a drugi hamuje. To rozwiązanie zmniejsza powtarzalność ustawień układu hamulcowego, zmniejsza liczbę cykli roboczych, a także redukuje liczbę zakłóceń w sieci elektroenergetycznej, poprawiając jakość zasilania sieci. Ograniczenie inwestycji w sprzęt, zwiększenie jego wykorzystania oraz oszczędność sprzętu i energii mają ogromne znaczenie. 5. Wnioski: Powszechne zastosowanie uniwersalnych przetwornic częstotliwości współdzielących szyny DC skutecznie rozwiązuje problem asynchronicznego zużycia energii i skróconych okresów sprzężenia zwrotnego, co ma ogromne znaczenie dla ograniczenia inwestycji w sprzęt, ograniczenia zakłóceń w sieci i poprawy jego wykorzystania.