摘要：本文介紹了IPC-PF-1s回饋制動單元應(yīng)用于離心機變頻調(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，來增強企業(yè)在市場中競爭力。變頻調(diào)速、電能回饋制動等先進的技術(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降速時利用反饋制動單元進行節(jié)能利用的情況進行介紹。
二、反饋制動單元應(yīng)用
1、離心機設(shè)備制動情況
離心機是Vc生產(chǎn)過程中的一種主要料液分離設(shè)備，離心機的轉(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現(xiàn)。公司內(nèi)離心機電機功率從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現(xiàn)。絕大多數(shù)離心機采用變頻器加電阻能耗制動控制方式運行，這樣既可以提高速度控制精度，又能減少降速時間，提高工作效率。其工作原理如下：離心機升速時，變頻器帶動離心機電動機運轉(zhuǎn)，根據(jù)實際工藝控制條件，設(shè)定離心機的轉(zhuǎn)速；而離心機降速時，變頻器的設(shè)定制動時間較短，由于離心機的轉(zhuǎn)動慣量很大，離心機的轉(zhuǎn)鼓帶動電動機轉(zhuǎn)動，此時電動機的轉(zhuǎn)速比變頻器的輸出同步轉(zhuǎn)速高，電動機處于發(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，打開直流母線和制動電阻之間的電路通道，將電動機產(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警停車，保證降速過程正常進行。
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)，運用能量反饋的方法將各種待測試或進入試運行階段的獨立交、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80％以上，從而大大節(jié)約了能源的無謂消耗和電費的支出。
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)計而成，在制動狀態(tài)時，電機處于發(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再生電能，變換成一個和電網(wǎng)電源同步同相位的交流正弦波，把電動機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，因為不再使用電阻，更避免了制動單元和電阻故障，同時由于配電室溫度下降，變頻器故障的機率降低很多，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年首家引進了美國4臺價格昂貴的全自動離心機，選用了變頻器加電能回饋制動單元控制，由于當(dāng)時的反饋制動單元非常復(fù)雜，外商調(diào)試了一個月才能夠正常使用；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因直流母線過電壓而報警停車，公司對對這幾臺離心機一直小心使用。
1998年到1999年公司進行的維達搬遷中，公司又從美國進口五臺帶電能反饋制動的全自動離心機，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，成為變頻器的一個有機組成部分，其調(diào)試過程也變得非常簡單，降速時間也大幅度降低，完全滿足了工藝要求（電氣原理圖見圖1）。但是進口反饋制動單元也存在很大的局限性，那就是價格昂貴，價格達到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料－升高速甩母液－降速洗料－升高速甩母液－降速出料－進料……，一批料需要幾次升、降速才能完成一個生產(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年進行的技術(shù)改造時，對5臺離心機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，不僅避免了降速時制動電阻大量發(fā)熱的情況，更使降速時間減少到3分鐘，這樣大大地縮短了離心機降速時間，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裝置保護之下。對于11-55kw的電動機，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目列入重點節(jié)能技改項目，計劃兩年內(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格比進口的低數(shù)倍（國產(chǎn)37KW 回饋制動單元約8000元，而進口的70000多元），其性能已基本接近進口回饋制動單元，因此我們認(rèn)為完全可以取代進口產(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)約大量的電費支出，并能夠從真正意義上達到最佳的工藝控制效果。
在大功率離心機上的成功運用，證明在兩年時間內(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使用變頻回饋制動單元，我公司已申報DSM（電力需求側(cè)管理）項目，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)場進行驗證并獲得通過，我公司將得到投資額30％的政府補貼，從而可以進一步降低成本，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)備故障率的同時降低了設(shè)備運行和維護成本，節(jié)約了電力費用，同時降低了企業(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，在推進企業(yè)的工藝技術(shù)進步的同時提高了企業(yè)的整體自動化水平，最終大大增強了企業(yè)在市場中的競爭力，使企業(yè)常盛不衰。
參考文獻：
1、電力拖動自動控制系統(tǒng) 張明達 冶金工業(yè)出版社
2、交流調(diào)速原理 李華德 電子工業(yè)出版社出版
3、IPC-PF用戶使用說明書 深圳加能電子科技有限公司