新型变频调速能量回馈控制技术在门机上的应用
发布时间：2022/5/15 15:59:32 点击：
近年来，随着我国加入WTO以来港口经济的飞速发展，越来越多的先进技术在港口装备中得到广泛推广和应用，变频调速能量回馈控制技术也以其不可替代的优点得到推广，被应用在诸于门座起重机、卸船机和岸边集装箱装卸桥等大型设备上。
变频调速技术是节能降耗、改善控制性能、提高产品产量和质量的重要途径，已在应用中取得了良好的应用效果和显着的经济效益。但是，在对调速节能的一片赞誉中，人们往往忽视了进一步挖掘变频调速系统节能潜力和提高效率的问题。
本文讨论的就是变频调速系统节能控制的变频调速能量回馈控制技术。在能源资源日趋紧张的今天，这项探讨无疑具有一定的现实意义。
1.通用型变频器工作原理
通用变频器大都为电压型交-直-交变频器。三相交流电首先通过二极管不控整流桥得到脉动直流电，再经电解电容滤波稳压，最后经无源逆变输出电压、频率可调的交流电给电动机供电。这类变频器功率因数高、效率高、精度高、调速范围宽，所以在工业中获得广泛应用。但是通用变频器不能直接用于需要快速起、制动和频繁正、反转的调速系统。因为这种系统要求电机四象限运行，当电机减速、制动或者带位能性负载重物下放时，电机处于再生发电状态。由于整流器能量传输不可逆，产生的再生电能传输到直流侧滤波电容上，产生泵升电压。而以GTR、IGBT为代表的全控型器件耐压较低，过高的泵升电压有可能损坏开关器件、电解电容，甚至会破坏电机的绝缘，从而威胁系统安全工作，这就限制了通用变频器的应用范围。
2.单传动变频系统
对于门机而言，起升机构下降减速时大量的势能通过电动机转化为电能，常规的方法是采用能耗制动，即利用挂在变频器直流母线上的制动单元和电阻将这部分转化过来的电能通过热量的形式消耗掉。该方法虽然简单，但也存在浪费能源等诸多缺点：①电能通过电阻消耗掉，严重浪费能量，降低了系统的效率。②电阻发热，对周围的电子元件造成影响。③能耗制动不能及时消耗大量回馈电能，只能通过延长制动时间来消耗掉。④单传动由于高开关频率的电子元件大量使用，势必造成高次谐波产生，对电网会造成污染。
3.多传动能量回馈系统
多传动能量回馈系统有以下一些特点：
（1）采用整流/回馈单元，逆变器共直流母线。
（2）通过整流/回馈单元及自耦变压器，可实现能量双向流动。
（3）通过LCL滤波装置，滤除高次谐波，对电网无污染。
（4）将重物下降及制动过程的能量回馈给电网，减少资源损失。
（5）提高整机功率因数约为1。
（6）投入成本高，比单传动设备成本提高约1.8倍。
变频调速能量回馈控制技术是采用有源逆变技术，将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动运行的。它极大的提高了系统的效率，因此必然会逐步成为大功率设备的首选控制方式。
4.经济效应
如果门机采用常规的串电阻调速系统，功率因数为0.6～0.65；如果是普通的变频调速系统，一般门机在起动、制动阶段，功率因数为0.7左右；在正常运行阶段，功率因数为0.8～0.85；而变频调速能量回馈控制系统的综合功率因数则为0.93～0.96，极大的提高了电能的利用效率。以一台门机1个月的用电为例，该门机的各机构均采用变频能量回馈控制方式，该门机实际用电为71280Kwh，功率因数按照0.94计算，实际损耗总电能为75830KVAh。①如果采用常规控制方式，功率因数按照0.65计算，实际损耗总电能为109661KVAh；在这一个月里这种控制方案比能量回馈方式多消耗的电能38381 KVAh，一年所节约的电能约为38381 KVAh×12月=460572 KVAh，以工业用电电价0.67元/ Kwh计算，一年就可以节约30.86万多元。②如果采用普通变频调速方式控制，功率因数按照0.8计算，实际损耗总电能为89100KVAh；在这一个月里这种控制方案比能量回馈方式多消耗的电能17820 KVAh，一年所节约的电能约为17820 KVAh×12月=213840KVAh，以工业用电电价0.67元/ Kwh计算，一年就可以节约14.33万多元。
5.结束语
当然，如果采用变频调速能量回馈系统，前期投入就必然要增加，增加的资金一般不会超过门机总价的5%，几年之后完全可以通过节约电费的方式收回投资，而一台门机的正常使用寿命都在15年左右。在全球能源日趋紧张的今天，能量回馈系统在控制方面的显着优势必将进一步突显，应用也必将更加广泛。
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