摘要：本文介紹了IPC-PF-1s回饋制動單元應(yīng)用于離心機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的基本情況。 關(guān)鍵詞： 變頻器 能量反饋 制動單元 節(jié)能 Abstract: This article introduces the basic application of IPC-PF-1s power feedback braking unit in the variable-frequency controled system of centrifugal machine。 Key words: inverter power feedback braking unit energy saving 一、前言 石藥集團(tuán)維生藥業(yè)（石家莊）有限公司是全球最大的Vc生產(chǎn)企業(yè)之一。自1995年成立以來，隨著公司生產(chǎn)能力的不斷發(fā)展，生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平隨著科技的進(jìn)步一直在不斷提高，始終保持在同行業(yè)的前列。由于Vc產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)規(guī)模大，是用電大戶，電費(fèi)是影響生產(chǎn)成本的主要因素之一。公司十分重視節(jié)電工作，積極采用新的電氣控制技術(shù)及新設(shè)備，來增強(qiáng)企業(yè)在市場中競爭力。變頻調(diào)速、電能回饋制動等先進(jìn)的技術(shù)在公司主要設(shè)備上得到大量的應(yīng)用。下面將就公司在離心機(jī)降速時(shí)利用反饋制動單元進(jìn)行節(jié)能利用的情況進(jìn)行介紹。 二、反饋制動單元應(yīng)用 1、離心機(jī)設(shè)備制動情況 離心機(jī)是Vc生產(chǎn)過程中的一種主要料液分離設(shè)備，離心機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量很大，啟動及停止過程緩慢。因此，較大容量的離心機(jī)都采用變頻器控制，使升速過程及速度的控制都能夠得到較好的實(shí)現(xiàn)。公司內(nèi)離心機(jī)電機(jī)功率從18.5KW到200 KW不等，全部采用變頻調(diào)速控制，使得工藝控制能夠很好的實(shí)現(xiàn)。絕大多數(shù)離心機(jī)采用變頻器加電阻能耗制動控制方式運(yùn)行，這樣既可以提高速度控制精度，又能減少降速時(shí)間，提高工作效率。其工作原理如下：離心機(jī)升速時(shí)，變頻器帶動離心機(jī)電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)實(shí)際工藝控制條件，設(shè)定離心機(jī)的轉(zhuǎn)速；而離心機(jī)降速時(shí)，變頻器的設(shè)定制動時(shí)間較短，由于離心機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量很大，離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓帶動電動機(jī)轉(zhuǎn)動，此時(shí)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速比變頻器的輸出同步轉(zhuǎn)速高，電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)使得變頻器直流母線電壓升高，如果不能把這部分能量消耗掉，使得直流母線電壓保持在正常范圍內(nèi)，變頻器將出現(xiàn)直流過電壓報(bào)警故障而不能正常工作；為了消耗掉這部分再生能量，使用制動單元及制動電阻互相配合，在制動單元檢測到直流母線電壓超過正常工作范圍值時(shí)，打開直流母線和制動電阻之間的電路通道，將電動機(jī)產(chǎn)生的再生電能消耗在制動電阻上，從而避免直流母線電壓上升超過變頻器的工作電壓上限造成報(bào)警停車，保證降速過程正常進(jìn)行。 2、反饋制動原理 能量反饋逆變，是以高頻電能變換理論為基礎(chǔ)，運(yùn)用能量反饋的方法將各種待測試或進(jìn)入試運(yùn)行階段的獨(dú)立交、直流供電設(shè)備所輸出的能量循環(huán)使用。它既能完成特定負(fù)載的功能，同時(shí)又把無謂消耗在電阻型功率負(fù)載中的能量，通過一系列變換，以標(biāo)準(zhǔn)工頻正弦波的形式將負(fù)載能量返回至輸入端，負(fù)載能量的循環(huán)使用率可達(dá)80％以上，從而大大節(jié)約了能源的無謂消耗和電費(fèi)的支出。 電能回饋制動單元的工作原理就是根據(jù)以上理論依據(jù)設(shè)計(jì)而成，在制動狀態(tài)時(shí)，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，電能回饋制動單元把變頻器直流母線上的電動機(jī)再生電能，變換成一個(gè)和電網(wǎng)電源同步同相位的交流正弦波，把電動機(jī)再生電能反饋回電網(wǎng)，再生利用。一般電能回饋制動單元熱損耗為電阻制動的5%以下，內(nèi)部裝有電抗器和噪聲濾波器，不會污染電網(wǎng)和干擾其它設(shè)備，可直接和電網(wǎng)連接使用，其性能安全穩(wěn)定可靠，并且安裝方便，基本上免維護(hù)，因?yàn)椴辉偈褂秒娮?，更避免了制動單元和電阻故障，同時(shí)由于配電室溫度下降，變頻器故障的機(jī)率降低很多，還能改善配電室環(huán)境，提高電氣控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。 公司在1995年首家引進(jìn)了美國4臺價(jià)格昂貴的全自動離心機(jī)，選用了變頻器加電能回饋制動單元控制，由于當(dāng)時(shí)的反饋制動單元非常復(fù)雜，外商調(diào)試了一個(gè)月才能夠正常使用；能量回饋制動單元雖然不再使用電阻耗能制動，但對電網(wǎng)質(zhì)量要求很高，并且制動時(shí)間較長，約6分鐘，對環(huán)境溫度的要求也更加苛刻，夏季在空調(diào)的環(huán)境下還需要用電風(fēng)扇正對著回饋制動單元吹風(fēng)才能保障運(yùn)行，電風(fēng)扇一旦出現(xiàn)故障，反饋制動單元就會出現(xiàn)故障，變頻器隨后就會在停車時(shí)因直流母線過電壓而報(bào)警停車，公司對對這幾臺離心機(jī)一直小心使用。 1998年到1999年公司進(jìn)行的維達(dá)搬遷中，公司又從美國進(jìn)口五臺帶電能反饋制動的全自動離心機(jī)，應(yīng)用功率轉(zhuǎn)換單元作為變頻器直流母線的電源供給單元，并能將變頻器制動時(shí)產(chǎn)生的再生電能反饋回電網(wǎng)。此功率轉(zhuǎn)換單元比以前的反饋制動單元在性能上有了明顯的提高，功率轉(zhuǎn)換單元不但是電能回饋的主要部件，還是變頻器直流母線直流電源的供給部件，成為變頻器的一個(gè)有機(jī)組成部分，其調(diào)試過程也變得非常簡單，降速時(shí)間也大幅度降低，完全滿足了工藝要求（電氣原理圖見圖1）。但是進(jìn)口反饋制動單元也存在很大的局限性，那就是價(jià)格昂貴，價(jià)格達(dá)到7萬多元，并且維修困難。 3、節(jié)能分析 離心的工作過程需要進(jìn)料－升高速甩母液－降速洗料－升高速甩母液－降速出料－進(jìn)料……，一批料需要幾次升、降速才能完成一個(gè)生產(chǎn)周期，并且批次之間需要連續(xù)不間斷生產(chǎn)，升速及降速過程非常頻繁，使得大量的電動機(jī)再生電能釋放在制動電阻上，配用的制動電阻會產(chǎn)生高熱，變頻器和耗能制動單元經(jīng)常出現(xiàn)過熱報(bào)警停車故障，因此，在有制動電阻的配電室全部配備了大功率空調(diào)器才能滿足變頻器對環(huán)境溫度的要求。 公司在2003年到2004年進(jìn)行的技術(shù)改造時(shí)，對5臺離心機(jī)選用了深圳市加能科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的IPC-PF－1s電能回饋制動單元，得到了很好的良好效果，不僅避免了降速時(shí)制動電阻大量發(fā)熱的情況，更使降速時(shí)間減少到3分鐘，這樣大大地縮短了離心機(jī)降速時(shí)間，提高了工作效率。通過檢測，不同的工序每臺每年節(jié)電量在至少9000度，安裝使用兩年之內(nèi)所節(jié)約的電費(fèi)支出就超過購買一臺電能回饋式制動單元的投資，即電能回饋制動單元的投資回收期不到兩年。 公司在2004年7月，淘汰了4臺22KW的變頻器耗能制動單元及電阻，選用電能回饋制動單元進(jìn)行替代。由于電能回饋制動單元接線簡單（主回路原理圖如圖2所示），僅需要將變頻器的直流母線接在電能回饋制動單元的直流接線端子上（需要注意接線的直流極性要正確），并將電能回饋制動單元的三相交流輸出側(cè)接到變頻器電網(wǎng)輸入側(cè)，這樣既能簡化接線，又能使得電能回饋制動單元與變頻器在相同的電源保護(hù)裝置保護(hù)之下。對于11-55kw的電動機(jī)，IPC-PF-1s型電能回饋制動單元會自動測量再生電能的大小，自動計(jì)算最佳制動力矩，不必設(shè)定任何參數(shù)，所以調(diào)試過程簡潔。 利用電能回饋制動單元在更加適應(yīng)工藝要求的同時(shí)大幅地提高了生產(chǎn)效率，減少用電量，相應(yīng)地降低了生產(chǎn)成本。鑒于電能回饋制動單元試用的良好效果，公司把電能回饋制動單元替代項(xiàng)目列入重點(diǎn)節(jié)能技改項(xiàng)目，計(jì)劃兩年內(nèi)把需要頻繁制動的設(shè)備的能耗制動方式全部更換成回饋制動方式。 目前深圳加能電子科技有限公司生產(chǎn)的能量回饋制動單元價(jià)格比進(jìn)口的低數(shù)倍（國產(chǎn)37KW 回饋制動單元約8000元，而進(jìn)口的70000多元），其性能已基本接近進(jìn)口回饋制動單元，因此我們認(rèn)為完全可以取代進(jìn)口產(chǎn)品。在此基礎(chǔ)之上，公司準(zhǔn)備和生產(chǎn)廠家合作在功率是90KW和200KW的大型離心機(jī)上試用大功率的回饋制動單元，如果能試用成功，將能為公司節(jié)約大量的電費(fèi)支出，并能夠從真正意義上達(dá)到最佳的工藝控制效果。 在大功率離心機(jī)上的成功運(yùn)用，證明在兩年時(shí)間內(nèi)節(jié)省的電力成本就可以收回投資。另一方面，國家發(fā)改委從政策方面鼓勵(lì)使用變頻回饋制動單元，我公司已申報(bào)DSM（電力需求側(cè)管理）項(xiàng)目，河北省發(fā)展改革委員會委派河北省節(jié)能中心技術(shù)專家已到現(xiàn)場進(jìn)行驗(yàn)證并獲得通過，我公司將得到投資額30％的政府補(bǔ)貼，從而可以進(jìn)一步降低成本，提高投資收益。 三、結(jié)束語 能量反饋式制動單元在Vc生產(chǎn)企業(yè)中的成功應(yīng)用，減少設(shè)備故障率的同時(shí)降低了設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)成本，節(jié)約了電力費(fèi)用，同時(shí)降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。在企業(yè)的生產(chǎn)中起著非常重要的作用，在推進(jìn)企業(yè)的工藝技術(shù)進(jìn)步的同時(shí)提高了企業(yè)的整體自動化水平，最終大大增強(qiáng)了企業(yè)在市場中的競爭力，使企業(yè)常盛不衰。