около Стивен Питерсон, инженер по обучению персонала, Yaskawa America

Решение о том, какая конфигурация подходит для общей шины, требует исследований и оценки, но выбор и внедрение правильной конфигурации значительно повышает производительность и эффективность проектирования. Здесь мы расскажем о том, как расставить приоритеты в функциях, учитывая потенциальное количество регенеративной энергии и гармоничное содержание данного дизайна.

Разработчики внедряют VFD в самых разных областях применения благодаря их высокой производительности, надежности и экономии энергии. Однако VFD не лишены недостатков.

На большинстве VFD входной диодный мост состоит из шести диодов. Эти диоды составляют преобразовательную часть VFD и выпрямляют трехфазный вход переменного тока до фиксированного напряжения постоянного тока. Протекание тока в преобразовательной части обычно является однонаправленным. В большинстве приложений это не проблема, но вызывает проблемы, когда в приложении присутствует рекуперативная энергия — например, при торможении двигателя или капитальном ремонте из—за нагрузки. Такие ситуации приводят к тому, что двигатель действует как генератор, отправляющий энергию обратно в VFD. Здесь диодный мост останавливает обратный ток в линии; это заряжает конденсаторы шины постоянного тока и потенциально может привести к неисправностям из-за высокого напряжения шины постоянного тока.

В этой статье мы сравним различные решения, использующие регенерацию линии и распространенные схемы подключения шин постоянного тока. Затем мы подробно рассмотрим решения с различными преимуществами (включая более компактные конструкции, снижение затрат, экономию энергии и повышение надежности).

Общая шина постоянного тока
Приложения, состоящие всего из двух VFD, могут воспользоваться общей шиной постоянного тока, иногда называемой общей шиной. Простое соединение шины постоянного тока между VFD с помощью плавкого соединения создает общую шину.

Ключевым преимуществом общей шины является совместное использование и балансировка мощности. Например, рассмотрим систему с двумя VFD и двумя двигателями: один двигатель может находиться в режиме приведения в движение, в то время как другой двигатель находится в режиме регенерации. В этом режиме приводной VFD потребляет регенеративную мощность вместо того, чтобы запитываться от сети.

Несколько замечаний здесь: Помните, что два распространенных состояния, которые могут вызвать регенерацию, — это капитальный ремонт двигателя или торможение двигателя. Также: Рекуперативную энергию иногда называют энергией торможения. Однако для простоты в этой статье мы будем просто использовать термин «регенеративный».

Существует несколько способов создания общей шины постоянного тока, каждый из которых имеет свои сильные стороны. Однако единственного наилучшего метода не существует, поскольку приложения могут сильно различаться, и все приложения имеют разные системные потребности и бюджеты.

Одно краткое замечание по терминологии: Движение — это когда электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую для выполнения работы; регенерация — это когда двигатель ремонтируется или тормозит, он действует как генератор. Механическая энергия генерирует электрическую энергию.

Шестиимпульсный диодный мостовой выпрямитель
Один из вариантов заключается в использовании большого автономного шестиимпульсного диодного мостового выпрямителя для создания общей шины. Диодный мост служит для преобразования входной мощности переменного тока в постоянный. Диодный мост должен быть подходящего размера для питания всех подключенных VFD и нагрузок. Диодный мост идентичен секции преобразователя многих VFD. Она по своей сути однонаправлена, а это означает, что избыточная регенеративная энергия не может быть отправлена обратно в сеть.

Нагрузки двигателя должны быть больше, чем нагрузки регенерации, чтобы поддерживать напряжение шины постоянного тока на безопасном уровне. Когда нагрузки при рекуперации превышают нагрузки при движении автомобиля, в конструкции должен быть реализован общий пакет динамического торможения или регенерация линии. В качестве альтернативы, когда количество рекуперативной энергии невелико, подключение является простым и менее сложным, чем при стандартной установке переменного тока.

Другой вариант: Регенерация линии
Если приложению необходимо вернуть избыточную регенеративную энергию в сеть, одним из вариантов является регенерация линии. Здесь электрическая система отправляет избыточную регенеративную энергию обратно в линию путем регенерации линии. Для достижения этой цели в конструкции должен быть реализован регенеративный преобразователь. Этот преобразователь подключается к общей шине постоянного тока точно так же, как и существующие приводы. Этот преобразователь принимает избыточное напряжение постоянного тока с шины и выдает шестиступенчатый сигнал обратно в сеть. Это снижает эксплуатационные расходы за счет повторного использования регенерированной энергии обратно в источник питания. Общая имеющаяся регенеративная энергия определяет мощность регенеративного преобразователя.

Вместо использования автономного диодно-мостового выпрямителя для обеспечения системы питанием постоянным током иногда полезно использовать VFD большего размера. VFD имеет встроенную схему выпрямления на своем переднем конце. Инженеры могут установить общую шину, настроив VFD для подачи питания постоянного тока на подключенные VFD и двигатели.

Обратите внимание, что по сравнению с шестиимпульсным диодным выпрямителем в этой установке отсутствует автономный выпрямитель, поскольку второй VFD получает питание от шины постоянного тока первого. Это упрощает монтаж одной проводки при одновременном снижении затрат.

Промышленная центрифуга — это одна из конструкций, которая использует общую шину постоянного тока.

Центрифуга состоит из главного привода, который вращает барабан, и заднего привода, который вращает шнек со скоростью, немного меньшей скорости вращения барабана, для отделения жидкостей или твердых частиц. Задний привод обычно имеет меньшую емкость, чем основной. В этом случае задний привод находится в режиме постоянной регенерации, поскольку он действует как тормоз. Эта энергия торможения может приводить в действие главный привод, который приводит в движение автомобиль. Когда главному приводу необходимо остановиться, возникает огромная инерционная нагрузка. Это делает регенеративную энергию чрезмерно высокой во время торможения и оправдывает необходимость отправки энергии обратно в сеть через регенеративный преобразователь.

Требования к стоимости и пространству всегда являются главным приоритетом. Они прямо пропорциональны количеству имеющейся регенеративной энергии. Таким образом, чрезвычайно важно, чтобы инженер подтвердил количество регенеративной энергии для данного приложения. Зная это, инженер может либо увеличить размер VFD большего размера, чтобы увеличить пропускную способность шины, либо использовать регенеративный преобразователь для обратной подачи энергии в сеть. Если количество регенерации невелико, наиболее экономичным решением является установка динамического торможения. Динамическое торможение просто сбрасывает избыточное напряжение на блок резисторов.

Если инженер-проектировщик решит, что необходим регенеративный преобразователь, обратите внимание на дополнительные устройства при его использовании. Реакторы необходимы для ограничения тока, подаваемого обратно в сеть, и увеличения полного сопротивления между источником переменного тока и нагрузочными устройствами. Существует также схема обнаружения, которая подключается непосредственно от преобразователя к источнику питания. Преобразователь использует эту схему для определения порядка фаз источника питания и уровней напряжения. Совет: Всякий раз, когда проектировщики рассматривают возможность использования общей шины постоянного тока или регенерации линии, следуйте требованиям производителя к подключению каждого системного устройства. Уделяйте особенно пристальное внимание рекомендациям по подключению предохранителей, периферийным устройствам, последовательности включения питания и максимальной длине шин постоянного тока.

Гармоники и активные интерфейсы
Входной диодный мост на VFD проводит линейный ток прерывистым (нелинейным) образом. Это связано с тем, что входные диоды проводят ток только во время пиковой амплитуды напряжения каждой входной фазы. В результате получается пульсирующий сигнал напряжения, который, в свою очередь, вызывает искажение входного тока и гармоники, подаваемые обратно на источник питания.

Регенеративный преобразователь всегда подключается параллельно VFDS по общей шине. Диодный мост VFD не изолирован от источника питания, поэтому преобразователь не поможет уменьшить гармоники, генерируемые диодным мостом. Как правило, когда возникают проблемы с гармониками, в конструкции реализуются пассивные интерфейсы, состоящие из различных реакторов, фильтров и многоимпульсных трансформаторов. Они уменьшают гармоники, но не могут справиться с регенерацией линии. Кроме того, пассивные интерфейсы, как правило, являются дорогостоящими и громоздкими.

Регенеративный активный интерфейс (AFE) применяется в тех случаях, когда требуется снижение гармоник и регенерация линии. Регенеративный AFE подключается последовательно, и от него питаются VFDS. Гармоники низкие благодаря пассивной фильтрации и реакторам, подключенным к AFE в сочетании с массивом переключателей с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) на входе передней панели. Обратные диоды на биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT) преобразуют переменный ток в постоянный для питания одного или нескольких приводов. Кроме того, IGBT используют ШИМ для восстановления синусоидальной волны переменного тока путем переключения напряжения шины постоянного тока обратно на источник питания при наличии регенеративной энергии, что делает AFE двунаправленным.

Определение размера регенеративного AFE — это вопрос простого добавления. Во-первых, суммируйте все мощности VFD, которые будут питаться от AFE. Например, рассмотрим приложение, работающее с четырьмя VFD мощностью 45 кВт. Чтобы определить, какой размер регенеративного AFE выбрать, мы рассчитали, что 45 кВт х 4 = 180 кВт. Итак, используя простую математику, мы находим, что AFE должен быть рассчитан как минимум на 180 кВт. Приложению необходим этот рейтинг, поскольку AFE работает как источник питания для всех подключенных VFD. Это отличается от упомянутого ранее регенеративного преобразователя (размер зависит исключительно от количества имеющейся регенеративной энергии).

Информация о перепечатке >>

Яскава
www.yaskawa.com