多电动机传动变频器组的再生能量反馈系统工程

    1．再生能量反馈系统构成

    以某纸厂的多电机传动为例，该传动系统从纸机的网部、压榨部、干燥部、压光机、涂布机到卷纸机采用了共计72个变频器组成的拖动系统，其中包括很多导纸辊传动，而导纸辊经常会工作在制动状态，这时就必须考虑到再生能量的问题。如图6-11所示是该多电动机传动变频器组的再生能量回馈系统。此种再生能量回馈系统采用共用直流母线方式，它包括下面几个部分：

    图6-11    多电动机传动变频器组的再生能量回馈系统简图

   (1)共用直流母线直接采用铜排连接。

   (2)各单机变频器与共用直流母线通过包括刀熔开关、直流接触器等在内的连接模块进行联络。

   (3)再生能量回馈装置采用德国Siemens直流调速的6RA24系列整流器。

   (4)通过整流器后的交流电再利用隔离变压器与交流电网相连，采用6RA24系列整流器后，回馈的交流电为AC500V，必须采用500V/400V的隔离变压器。

   (5)将控制整流器6RA24的系统融合到多电动机传动控制系统和过程控制PLC系统中去，这样可以保证对整流器的实时投运监控，确保系统的稳定性。

    此种直流母线共用模式具有以下优点：

   (1)因惯性或急降速所产生的回馈能量可以再生利用，完全不浪费。

   (2)提高系统功率因数，降低电网谐波电流。

   (3)提高系统用电效率。

   (4)降低投资成本。

   2. 6RA24系列整流器的技术参数

    本系统选用的整流器是6RA24系列，它能够进行4象限运行，利用它运行在发电状态时的特性，就能够实现将变频器组的再生能量反馈到交流电网中。整流器6RA24系列技术参数包括（以本系统选用的6RA24 - 6GV62）：

   (1)额定输入电枢电压：3相AC500V（+10%/- 15%）。

   (2)整流器工作电压：2相AC400V（+15%/-25%）。

   (3)整流器风机电压：3相AC400V。

   (4)励磁回路额定电压：2相AC400V（+15%/-25%）。

   (5)额定频率：45~65Hz。

   (6)额定直流电压：520V。

   (7)额定直流电流：30~600A。

   (8)过载容量：150%。

   (9)额定输出功率：16~312kW。

   (10)励磁额定直流电压：最大325V。

   (11)励磁额定直流电流：5~25A。

    如果将整流器作为逆变器使用，其输出参数就是本系统需要回馈到电网的电能数据，而输入参数就是普通电网的基本参数，只要符合系统，就可依此选用。同时，整流器可以工作在只有电流/转矩控制的单闭环状态，以确保稳定的交流回馈。6RA24系列整流器接线原理如图6-12所示，图中1U1、1V1、1W1为电枢电压的三相交流输入值，1C1、1D1为电枢回路的直流输出值，3U1、3W1为励磁电压的二相交流输入值，3C、3D为励磁回路的直流输出值，SU1、5W1为整流器控制回路的工作电源二相AC400V。

    图6-12    6RA24系列整流器接线原理图

    3．能量回馈系统的参数计算

    共用直流母线的连接点是各通用变频器经过二极管整流桥、直流回路电容滤波环节的直流电压，其电压Ud可求得如下

   Ud = 1.414×Uin×K  (V)                                        (6-6)

式中  Uin-输入变频器的交流电网电压，选Uin= 400V；

   K-电源干扰系数，选K=1.02。

    整流器的运行功率应该是各个制动单元回馈功率的总和，而制动中各电动机的自身损耗功率相当于20%额定值的制动转矩，公式如下

   Pd=∑Pm    (6-7)

   Pm=1.047×(Tb-0.2Tm)×(n1+n2) /2/1000 (kW)    (6-8)

   Tb=(GDm+GDn)（n1-n2)/375t-Tn  (N·m)    (6-9)

式中  Pd-各单机再生制动产生的总功率，kW；

   Pm-单个变频器再生制动产生的功率，kW；

   Tb-电动机的制动转矩，N·m；

   Tm-电动机的额定转矩，N·m；

   n1-减速开始速度，r/min；

   n2-减速完了速度，r/min；

   t-减速时间，s；

   Tn-负载转矩，N·m；

   GDm-电机的惯量，N·m²；

   GDn-负载折算到电机轴上的惯量，N·m²。

    直流母线的额定电流可根据下式求得

   Id= Pd/Ud    (6-10)

    4．整流器6RA24的参数设置

    由于6RA24整流器是用于四象限运行的直流电动机，有励磁回路和电枢回路组成，因此必须设置相应的参数。

   (1)电枢回路。

    额定电压 Ud (V)[根据公式(6-6)]

    额定电流 Id(A)[根据公式(6-10)]

    电枢电阻 Rd≈0.03536×Uin/Id(Ω)

    电枢电感 Ld≈0.0488×Uin/(fN×Id) (H)

   (2)励磁回路电流、电阻=0。

   (3)移相角和转速。

    移相角α最小为30°；最大为150°。

    转速最大= 5000rpm

    在纸机多电动机传动中采用再生能量反馈系统时应该注意的是，供电电源电压必须保证其电压不低于90%的额定值的一个较高质量的交流电源下，并频率波动范围在允许范围内(±2Hz)，整流器才能安全地馈电运行，电源系统的短路容量必须大于所连接的变频器的总容量的约100倍。