IPC-PF在Vc生产企业中的成功应用

分类：技术教程日期：2008-01-18 00:00:00

摘要：本文介绍了IPC-PF-1s回馈制动单元应用于离心机变频调速控制系统的基本情况。
关键词：变频器能量反馈制动单元节能
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
　　石药集团维生药业（石家庄）有限公司是全球最大的Vc生产企业之一。自1995年成立以来，随着公司生产能力的不断发展，生产设备的自动化水平随着科技的进步一直在不断提高，始终保持在同行业的前列。由于Vc产业生产周期长，生产规模大，是用电大户，电费是影响生产成本的主要因素之一。公司十分重视节电工作，积极采用新的电气控制技术及新设备，来增强企业在市场中竞争力。变频调速、电能回馈制动等先进的技术在公司主要设备上得到大量的应用。下面将就公司在离心机降速时利用反馈制动单元进行节能利用的情况进行介绍。
二、反馈制动单元应用
1、离心机设备制动情况
　　离心机是Vc生产过程中的一种主要料液分离设备，离心机的转动惯量很大，启动及停止过程缓慢。因此，较大容量的离心机都采用变频器控制，使升速过程及速度的控制都能够得到较好的实现。公司内离心机电机功率从18.5KW到200 KW不等，全部采用变频调速控制，使得工艺控制能够很好的实现。绝大多数离心机采用变频器加电阻能耗制动控制方式运行，这样既可以提高速度控制精度，又能减少降速时间，提高工作效率。其工作原理如下：离心机升速时，变频器带动离心机电动机运转，根据实际工艺控制条件，设定离心机的转速；而离心机降速时，变频器的设定制动时间较短，由于离心机的转动惯量很大，离心机的转鼓带动电动机转动，此时电动机的转速比变频器的输出同步转速高，电动机处于发电状态使得变频器直流母线电压升高，如果不能把这部分能量消耗掉，使得直流母线电压保持在正常范围内，变频器将出现直流过电压报警故障而不能正常工作；为了消耗掉这部分再生能量，使用制动单元及制动电阻互相配合，在制动单元检测到直流母线电压超过正常工作范围值时，打开直流母线和制动电阻之间的电路通道，将电动机产生的再生电能消耗在制动电阻上，从而避免直流母线电压上升超过变频器的工作电压上限造成报警停车，保证降速过程正常进行。
2、反馈制动原理
　　能量反馈逆变，是以高频电能变换理论为基础，运用能量反馈的方法将各种待测试或进入试运行阶段的独立交、直流供电设备所输出的能量循环使用。它既能完成特定负载的功能，同时又把无谓消耗在电阻型功率负载中的能量，通过一系列变换，以标准工频正弦波的形式将负载能量返回至输入端，负载能量的循环使用率可达80％以上，从而大大节约了能源的无谓消耗和电费的支出。
　　电能回馈制动单元的工作原理就是根据以上理论依据设计而成，在制动状态时，电机处于发电状态，电能回馈制动单元把变频器直流母线上的电动机再生电能，变换成一个和电网电源同步同相位的交流正弦波，把电动机再生电能反馈回电网，再生利用。一般电能回馈制动单元热损耗为电阻制动的5%以下，内部装有电抗器和噪声滤波器，不会污染电网和干扰其它设备，可直接和电网连接使用，其性能安全稳定可靠，并且安装方便，基本上免维护，因为不再使用电阻，更避免了制动单元和电阻故障，同时由于配电室温度下降，变频器故障的机率降低很多，还能改善配电室环境，提高电气控制系统稳定性。
　　公司在1995年首家引进了美国4台价格昂贵的全自动离心机，选用了变频器加电能回馈制动单元控制，由于当时的反馈制动单元非常复杂，外商调试了一个月才能够正常使用；能量回馈制动单元虽然不再使用电阻耗能制动，但对电网质量要求很高，并且制动时间较长，约6分钟，对环境温度的要求也更加苛刻，夏季在空调的环境下还需要用电风扇正对着回馈制动单元吹风才能保障运行，电风扇一旦出现故障，反馈制动单元就会出现故障，变频器随后就会在停车时因直流母线过电压而报警停车，公司对对这几台离心机一直小心使用。
　　1998年到1999年公司进行的维达搬迁中，公司又从美国进口五台带电能反馈制动的全自动离心机，应用功率转换单元作为变频器直流母线的电源供给单元，并能将变频器制动时产生的再生电能反馈回电网。此功率转换单元比以前的反馈制动单元在性能上有了明显的提高，功率转换单元不但是电能回馈的主要部件，还是变频器直流母线直流电源的供给部件，成为变频器的一个有机组成部分，其调试过程也变得非常简单，降速时间也大幅度降低，完全满足了工艺要求（电气原理图见图1）。但是进口反馈制动单元也存在很大的局限性，那就是价格昂贵，价格达到7万多元，并且维修困难。

3、节能分析
　　离心的工作过程需要进料－升高速甩母液－降速洗料－升高速甩母液－降速出料－进料……，一批料需要几次升、降速才能完成一个生产周期，并且批次之间需要连续不间断生产，升速及降速过程非常频繁，使得大量的电动机再生电能释放在制动电阻上，配用的制动电阻会产生高热，变频器和耗能制动单元经常出现过热报警停车故障，因此，在有制动电阻的配电室全部配备了大功率空调器才能满足变频器对环境温度的要求。
　　公司在2003年到2004年进行的技术改造时，对5台离心机选用了深圳市加能科技发展有限公司生产的IPC-PF－1s电能回馈制动单元，得到了很好的良好效果，不仅避免了降速时制动电阻大量发热的情况，更使降速时间减少到3分钟，这样大大地缩短了离心机降速时间，提高了工作效率。通过检测，不同的工序每台每年节电量在至少9000度，安装使用两年之内所节约的电费支出就超过购买一台电能回馈式制动单元的投资，即电能回馈制动单元的投资回收期不到两年。
　　公司在2004年7月，淘汰了4台22KW的变频器耗能制动单元及电阻，选用电能回馈制动单元进行替代。由于电能回馈制动单元接线简单（主回路原理图如图2所示），仅需要将变频器的直流母线接在电能回馈制动单元的直流接线端子上（需要注意接线的直流极性要正确），并将电能回馈制动单元的三相交流输出侧接到变频器电网输入侧，这样既能简化接线，又能使得电能回馈制动单元与变频器在相同的电源保护装置保护之下。对于11-55kw的电动机，IPC-PF-1s型电能回馈制动单元会自动测量再生电能的大小，自动计算最佳制动力矩，不必设定任何参数，所以调试过程简洁。
　　利用电能回馈制动单元在更加适应工艺要求的同时大幅地提高了生产效率，减少用电量，相应地降低了生产成本。鉴于电能回馈制动单元试用的良好效果，公司把电能回馈制动单元替代项目列入重点节能技改项目，计划两年内把需要频繁制动的设备的能耗制动方式全部更换成回馈制动方式。
　　目前深圳加能电子科技有限公司生产的能量回馈制动单元价格比进口的低数倍（国产37KW 回馈制动单元约8000元，而进口的70000多元），其性能已基本接近进口回馈制动单元，因此我们认为完全可以取代进口产品。在此基础之上，公司准备和生产厂家合作在功率是90KW和200KW的大型离心机上试用大功率的回馈制动单元，如果能试用成功，将能为公司节约大量的电费支出，并能够从真正意义上达到最佳的工艺控制效果。
　　在大功率离心机上的成功运用，证明在两年时间内节省的电力成本就可以收回投资。另一方面，国家发改委从政策方面鼓励使用变频回馈制动单元，我公司已申报DSM（电力需求侧管理）项目，河北省发展改革委员会委派河北省节能中心技术专家已到现场进行验证并获得通过，我公司将得到投资额30％的政府补贴，从而可以进一步降低成本，提高投资收益。