Trong truyền tải điện của các doanh nghiệp hóa chất, việc ứng dụng biến tần cho máy ly tâm rất phổ biến. Do nhiều nguyên nhân khác nhau của quy trình và thiết bị truyền động, hiện tượng năng lượng tái tạo thường xảy ra. Trong các bộ biến tần nói chung, có hai cách phổ biến nhất để xử lý năng lượng tái tạo: (1) tiêu tán năng lượng vào "điện trở hãm" được đặt song song với tụ điện trong đường dẫn dòng điện một chiều, được gọi là trạng thái hãm công suất; (2) nếu năng lượng được đưa trở lại lưới điện, được gọi là trạng thái hãm phản hồi (còn gọi là trạng thái hãm tái tạo). Nguyên lý của bus chung DC dựa trên thiết bị biến tần vạn năng sử dụng phương pháp biến đổi tần số AC-DC-AC. Khi động cơ ở trạng thái hãm, năng lượng hãm của nó được đưa trở lại phía DC. Để xử lý tốt hơn năng lượng hãm phản hồi, người ta đã áp dụng phương pháp kết nối phía DC của mỗi thiết bị biến tần. Ví dụ, khi một bộ biến tần ở chế độ hãm và một bộ biến tần khác ở chế độ tăng tốc, năng lượng có thể bổ sung cho nhau. Bài viết này đề xuất một sơ đồ sử dụng bộ biến tần đa năng với bus DC chung trong các máy ly tâm của các doanh nghiệp hóa chất, đồng thời trình bày chi tiết về ứng dụng của nó trong bộ phận phản hồi của máy ly tâm. Hiện nay, có nhiều cách để sử dụng bus DC chung: (1) Bộ chỉnh lưu độc lập chung có thể là loại không đảo ngược hoặc có đảo ngược. Loại trước tiêu thụ năng lượng thông qua điện trở hãm bên ngoài, trong khi loại sau có thể phản hồi hoàn toàn năng lượng dư thừa từ bus DC trực tiếp vào lưới điện, điều này có ý nghĩa tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường tốt hơn. Nhược điểm là giá thành cao hơn loại trước. (2) Bộ biến tần lớn được kết nối với bus DC của bộ biến tần lớn dùng chung trong lưới điện. Bộ biến tần nhỏ không cần kết nối với lưới điện, do đó không cần mô-đun chỉnh lưu. Bộ biến tần lớn được kết nối bên ngoài với điện trở hãm. (3) Mỗi ​​bộ biến tần được kết nối với lưới điện. Mỗi bộ biến tần được trang bị mạch chỉnh lưu, mạch nghịch lưu và điện trở hãm bên ngoài, và các thanh cái DC được kết nối với nhau. Tình huống này thường xảy ra khi công suất của từng bộ biến tần gần nhau. Sau khi tháo rời, chúng vẫn có thể sử dụng độc lập mà không ảnh hưởng lẫn nhau. Bus chung DC được giới thiệu trong bài viết này là phương pháp thứ ba, có những ưu điểm đáng kể so với hai phương pháp đầu tiên: a、 Bus DC dùng chung có thể giảm đáng kể cấu hình dự phòng của các bộ hãm, với cấu trúc đơn giản và hợp lý, và đáng tin cậy về mặt kinh tế. b、 Điện áp DC trung gian của bus DC dùng chung là không đổi, và tụ điện kết hợp có khả năng lưu trữ năng lượng lớn, có thể giảm thiểu biến động của lưới điện.c、 Mỗi động cơ hoạt động ở các trạng thái khác nhau, với phản hồi năng lượng bổ sung, tối ưu hóa các đặc tính động của hệ thống.d、 Các nhiễu sóng hài khác nhau do các bộ biến tần khác nhau tạo ra trong lưới điện có thể triệt tiêu lẫn nhau, giảm tỷ lệ méo hài của lưới điện.2、 Sơ đồ hệ thống điều chỉnh tốc độ biến tần trước khi cải tạo2.1 Giới thiệu về Hệ thống Điều khiển Máy Ly tâmTổng cộng có 12 máy ly tâm đã được cải tạo, và mỗi hệ thống điều khiển đều giống nhau. Bộ biến tần là loại Emerson EV2000 series 22kW, mô-men xoắn không đổi, và các bộ phản hồi đều là bộ hãm phản hồi IPC-PF-1S được cấp nguồn. Tất cả các hệ thống điều khiển đều được tập trung với tám bộ tương tự. Sơ đồ hệ thống được thể hiện trong Hình 1. Như thể hiện trong Hình 1, mỗi bộ biến tần yêu cầu một bộ hãm phản hồi và các hệ thống điều khiển tương ứng của chúng hoàn toàn độc lập, 2.2 Phân tích hoạt động hãm trong quá trình hãm Khi phanh ly tâm, động cơ sẽ ở trạng thái hãm tái sinh và năng lượng cơ học được lưu trữ trong hệ thống sẽ được động cơ chuyển đổi thành năng lượng điện, năng lượng này sẽ được gửi trở lại mạch DC của biến tần thông qua sáu điốt tự do của biến tần. Lúc này, biến tần ở trạng thái chỉnh lưu. Tại thời điểm này, nếu không có biện pháp tiêu thụ năng lượng nào được thực hiện trong bộ biến tần, năng lượng này sẽ làm tăng điện áp của tụ điện lưu trữ năng lượng trong mạch trung gian. Lúc này, điện áp bus DC của tụ điện sẽ tăng lên. Khi đạt đến 680V, ​​bộ hãm sẽ bắt đầu hoạt động, tức là phản hồi năng lượng điện dư thừa về phía lưới điện. Lúc này, điện áp bus DC của một bộ biến tần đơn sẽ được duy trì dưới 680V (khoảng 690V) và bộ biến tần sẽ không báo lỗi quá điện áp. Đường cong dòng điện của bộ hãm của một bộ biến tần đơn trong quá trình hãm được thể hiện trong Hình 2, với thời gian hãm là 3 phút. Thiết bị kiểm tra là máy phân tích chất lượng điện một pha FLUKE 43B và phần mềm phân tích là "FlukeView Power Quality Analyzer Phiên bản 3.10.1". Hình 2 Đường cong dòng điện của bộ hãm trong quá trình hoạt động. Từ đó, có thể thấy rằng mỗi khi phanh được áp dụng, bộ hãm phải hoạt động, với dòng điện tối đa là 27A. Dòng điện định mức của bộ hãm là 45A. Rõ ràng, bộ hãm đang ở trạng thái bán tải.3、 Sơ đồ hệ thống điều chỉnh tốc độ biến tần đã sửa đổi3.1 Phương pháp xử lý cho bus DC chungMột khía cạnh quan trọng của việc sử dụng bus DC dùng chung là xem xét đầy đủ việc điều khiển bộ biến tần, lỗi truyền dẫn, đặc tính tải và bảo trì mạch chính đầu vào khi cấp nguồn. Sơ đồ bao gồm một đường dây đầu vào 3 pha (duy trì cùng pha), một bus DC, một nhóm biến tần đa năng, một bộ hãm chung hoặc thiết bị phản hồi năng lượng và một số thành phần phụ trợ.Đối với bộ biến tần đa năng, Hình 3 cho thấy một trong những giải pháp được sử dụng rộng rãi. Sơ đồ hệ thống mạch chính sau khi chọn sơ đồ biến đổi thứ ba được thể hiện trong Hình 3. Các công tắc không khí Q1 đến Q4 trong Hình 3 là các thiết bị bảo vệ đường dây đầu vào của từng bộ biến tần và KM1 đến KM4 là các tiếp điểm nguồn của từng bộ biến tần. KMZ1 đến KMZ3 là các tiếp điểm song song cho bus DC. Máy ly tâm 1 # và 2 # chia sẻ một bộ phận phanh và tạo thành một nhóm, trong khi máy ly tâm 3 # và 4 # chia sẻ một bộ phận phanh và tạo thành một nhóm. Khi cả hai nhóm hoạt động bình thường, chúng có thể được kết nối song song. Đồng thời, nó cũng dựa trên trình tự làm việc của người vận hành tại chỗ, với máy ly tâm 1 # và 2 # phanh vào các thời điểm khác nhau và máy ly tâm 3 # và 4 # phanh vào các thời điểm khác nhau. Trong quá trình vận hành bình thường, hai máy ly tâm, 1 # và 3 #, thường được nhóm lại với nhau, trong khi 2 # và 4 # được nhóm lại với nhau. Bốn máy ly tâm thường không phanh đồng thời. Do môi trường làm việc thực tế phức tạp, lưới điện thường bị rung lắc và xuất hiện sóng hài bậc cao. Nó cũng có thể được sử dụng để tăng trở kháng của nguồn điện và hỗ trợ hấp thụ điện áp đột biến và các xung điện áp của nguồn điện chính phát sinh khi các thiết bị gần đó được đưa vào vận hành, do đó cuối cùng duy trì bộ chỉnh lưu của biến tần. Mỗi biến tần cũng có thể sử dụng một cuộn kháng đầu vào để ngăn chặn hiệu quả các yếu tố này ảnh hưởng đến biến tần. Trong quá trình cải tạo dự án này, do thiết bị ban đầu không được trang bị cuộn kháng đường dây đầu vào, nên không có cuộn kháng đường dây đầu vào hoặc các thiết bị kiểm soát sóng hài khác được thiết kế. Hình 3: Sơ đồ hệ thống biến tần và bộ hãm đã được cải tiếnNó cũng có thể được sử dụng để tăng trở kháng của nguồn điện và hỗ trợ hấp thụ điện áp đột biến và các xung điện áp của nguồn điện chính phát sinh khi các thiết bị gần đó được đưa vào vận hành, từ đó duy trì bộ chỉnh lưu của biến tần. Mỗi biến tần cũng có thể sử dụng một cuộn kháng đầu vào để ngăn chặn hiệu quả các yếu tố này ảnh hưởng đến biến tần. Trong quá trình cải tạo dự án này, do thiết bị ban đầu không được trang bị cuộn kháng đường dây đầu vào, nên không có cuộn kháng đường dây đầu vào hoặc các thiết bị kiểm soát sóng hài khác được thiết kế. Hình 3: Sơ đồ hệ thống biến tần và bộ hãm đã được cải tiếnNó cũng có thể được sử dụng để tăng trở kháng của nguồn điện và hỗ trợ hấp thụ điện áp đột biến và các xung điện áp của nguồn điện chính phát sinh khi các thiết bị gần đó được đưa vào vận hành, từ đó duy trì bộ chỉnh lưu của biến tần. Mỗi biến tần cũng có thể sử dụng một cuộn kháng đầu vào để ngăn chặn hiệu quả các yếu tố này ảnh hưởng đến biến tần. Trong quá trình cải tạo dự án này, do thiết bị ban đầu không được trang bị cuộn kháng đường dây đầu vào, nên không có cuộn kháng đường dây đầu vào hoặc các thiết bị kiểm soát sóng hài khác được thiết kế. Hình 3: Sơ đồ hệ thống biến tần và bộ hãm đã được cải tiến
3.2 Sơ đồ hệ thống điều khiển: Mạch điều khiển được thể hiện trong Hình 4. Sau khi bốn bộ biến tần được bật nguồn và mỗi bộ biến tần đã sẵn sàng hoạt động, tùy chọn đầu ra của đầu ra rơle lỗi bộ biến tần được đặt thành "Bộ biến tần đã sẵn sàng hoạt động". Chỉ khi các bộ biến tần được bật nguồn và hoạt động bình thường, chúng mới có thể được kết nối song song. Nếu bất kỳ bộ biến tần nào bị lỗi, contactor bus DC sẽ không đóng. Các đầu ra TA và TC của rơle lỗi bộ biến tần là các tiếp điểm thường mở. Sau khi bật nguồn, bộ biến tần "sẵn sàng hoạt động", TA và TC của mỗi bộ biến tần được đóng lại, và contactor song song bus DC cũng được đóng theo thứ tự. Nếu không, contactor sẽ ngắt kết nối.3.3 Đặc điểm của Kế hoạch (1) Sử dụng một bộ biến tần hoàn chỉnh thay vì chỉ cần thêm nhiều biến tần vào cầu chỉnh lưu. (2) Không cần cầu chỉnh lưu, bộ sạc, cụm tụ điện và biến tần riêng biệt. (3) Mỗi ​​bộ biến tần có thể được tách riêng khỏi bus DC mà không ảnh hưởng đến các hệ thống khác. (4) Kiểm soát kết nối bus chung DC của bộ biến tần thông qua các contactor liên động. (5) Điều khiển chuỗi được sử dụng để bảo vệ các khối tụ điện của bộ biến tần treo trên bus DC. (6) Tất cả các bộ biến tần được lắp trên thanh cái phải sử dụng cùng một nguồn điện ba pha. (7) Ngắt kết nối nhanh bộ biến tần khỏi bus DC sau khi trục trặc để thu hẹp hơn nữa phạm vi lỗi của bộ biến tần. 3.4 Cài đặt thông số chính của bộ biến tần Chạy lựa chọn kênh lệnh F0.03 = 1, tần số hoạt động tối đa được đặt F0.05 = 50, thời gian tăng tốc được đặt F0.10 = 300, thời gian giảm tốc được đặt F0.11 = 300, lựa chọn đầu ra rơle lỗi F7.12=15, chức năng đầu ra AO1 F7.26=23.5, dữ liệu thử nghiệm đã sửa đổi. Khi dừng, điện áp đầu vào: 3PH 380VAC, điện áp bus: 530VDC, điện áp bus DC: 650V. Khi một máy tăng tốc, điện áp bus giảm và máy kia giảm tốc. Điện áp bus DC dao động trong khoảng 540-670V và bộ hãm không bật vào lúc này. Điện áp DC mà bộ hãm thường hoạt động là 680V, ​​như thể hiện trong Hình 5 để thử nghiệm và phân tích. Hình 5 Sơ đồ giám sát dòng điện làm việc của bộ hãm đã sửa đổi 4、 Phân tích tiết kiệm năng lượngSo với phanh tiêu thụ năng lượng điện trở, bộ hãm phản hồi là một ứng dụng tiết kiệm năng lượng, nhưng nó yêu cầu mỗi bộ biến tần phải được trang bị một bộ hãm khi cần hãm. Việc phải trang bị nhiều bộ biến tần với nhiều bộ hãm là điều không thể tránh khỏi, giá của bộ hãm không chênh lệch nhiều so với giá của bộ biến tần, nhưng tốc độ làm việc liên tục không cao lắm.Việc ứng dụng rộng rãi bộ biến tần dùng chung thanh cái DC trong máy ly tâm đã giải quyết hiệu quả vấn đề "ăn không đủ no, nôn không hết" khi một bộ biến tần tăng tốc và bộ biến tần còn lại phanh. Giải pháp này giúp giảm thiểu việc cài đặt lặp lại bộ hãm, giảm số chu kỳ làm việc và giảm thiểu nhiễu với lưới điện, từ đó cải thiện chất lượng điện năng của lưới điện. Việc giảm đầu tư thiết bị, tăng hiệu suất sử dụng thiết bị, tiết kiệm thiết bị và năng lượng có ý nghĩa to lớn. 5、 Kết luậnViệc ứng dụng rộng rãi bộ biến tần vạn năng dùng chung thanh cái DC giải quyết hiệu quả vấn đề tiêu thụ năng lượng không đồng bộ và thời gian phản hồi, có ý nghĩa to lớn trong việc giảm đầu tư thiết bị, giảm nhiễu lưới điện và cải thiện hiệu suất sử dụng thiết bị.