CN208062808U - 离心机动能电量回馈控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及离心机技术领域，提供了一种离心机动能电量回馈控制系统。该控制系统包括：直流母线；可编程逻辑控制器，与各个变频器连接，向变频器发送运行频率指令和运行时间指令；多个变频器，均与直流母线连接，还与离心电机对应连接，根据运行频率指令控制离心电机速度的频率，根据运行时间指令控制离心电机的速度运行时间；多个能量回馈模块，与多个变频器对应连接，将对应连接的变频器中离心电机产生的电能转换为电压输出到外部电网中。上述离心机动能电量回馈控制系统实现改变离心电机速度时使电机平稳运行，同时降低了变频器直流侧升压对直流母线的影响，实现节能减排。

Description

离心机动能电量回馈控制系统

技术领域

本实用新型属于离心机技术领域，更具体地说，是涉及一种离心机动能电量回馈控制系统。

背景技术

企业在脱水工艺的生产过程中，由于离心机有较大负载，且负载惯性大，离心机启动时或制动停止时会发生振荡产生较大电流，即离心机的动能转化为电能，离心机产生的电能会使对应连接的变频器上的直流电压升高，对低压配的直流电网产生影响。现有技术中，将变频器上升高的直流电以电阻发热的形式消除，造成了资源的浪费。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种离心机动能电量回馈控制系统，旨在实现改变离心机速度时使电机平稳运行，同时降低了变频器直流侧升压对直流母线的影响，实现节能减排。

本实用新型实施例提供了一种离心机动能电量回馈控制系统，包括：直流母线、可编程逻辑控制器、多个变频器和多个能量回馈模块；

所述可编程逻辑控制器，与各个所述变频器连接，根据用户设置向所述多个变频器发送运行频率指令和运行时间指令；

所述多个变频器，均与所述直流母线连接，还与离心电机一一对应连接，根据所述运行频率指令控制对应连接的所述离心电机速度的频率，根据所述运行时间指令控制对应连接的所述离心电机的速度运行时间；

所述多个能量回馈模块，与所述多个变频器一一对应连接，还与外部电网连接，将对应连接的所述变频器中所述离心电机产生的电能转换为电压输出到所述外部电网中。

可选的，每个所述变频器均包括：滤除每个所述变频器产生的高次谐波的滤波器。

可选的，所述离心机动能电量回馈控制系统还包括：对外部交流电网进行整流的整流模块；

所述整流模块的输入端适于与所述外部电网连接，所述整流模块的输出端与所述直流母线连接。

可选的，所述离心机动能电量回馈控制系统还包括：多个用于控制所述整流模块进行整流或控制所述能量回馈模块将电能转换的电压输出到所述外部电网中的滞环控制模块；

每个所述滞环控制模块的电压端均与所述外部电网连接，每个所述滞环控制模块的控制端与所述能量回馈模块一一对应连接，每个所述滞环控制模块的控制端还与所述整流模块连接。

可选的，所述能量回馈模块包括：电能端和输出端；

所述能量回馈模块的电能端与对应连接的所述变频器连接，所述能量回馈模块的输出端与所述外部电网连接；

所述能量回馈模块还包括：逆变单元和储能单元；

所述逆变单元，电压输入端与所述能量回馈模块的电能端连接，电压输出端与所述能量回馈模块的输出端连接，将对应连接的所述变频器中所述离心电机产生的电能转换为电压输出到所述外部电网中；

所述储能单元，与所述逆变单元的储能端连接，用于存储所述逆变单元中电能转换的电压。

可选的，所述逆变单元为逆变器。

可选的，所述储能单元为电容。

可选的，所述能量回馈模块为IPC-PF型号的能量回馈装置。

可选的，所述离心机动能电量回馈控制系统还包括：控制耗能状态的所述离心电机数量和发电状态的所述离心电机数量相等的协调控制器；

所述协调控制器与各个所述变频器连接。

可选的，所述离心机动能电量回馈控制系统还包括：多个进线保护装置；

每个所述变频器通过所述进线保护装置与所述直流母线连接；

多个所述变频器与多个所述进线保护装置一一对应连接。

本实用新型提供的一种离心机动能电量回馈控制系统的有益效果在于：可编程逻辑控制器向各个变频器发送运行频率指令和运行时间指令；多个变频器根据运行频率指令控制离心电机的运行速度的频率，根据运行时间指令控制离心电机的速度运行时间；多个能量回馈模块与多个变频器一一对应连接，将对应连接的变频器中离心电机产生的电能转换为电压输出到外部电网中，实现了改变离心机速度时使电机平稳运行，同时降低了变频器直流侧升压对直流母线的影响，实现节能减排。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种离心机动能电量回馈控制系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种离心机动能电量回馈控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一

参见图1，本实用新型实施例提供的一种离心机动能电量回馈控制系统，包括直流母线100、可编程逻辑控制器200、多个变频器300和多个能量回馈模块400。

可编程逻辑控制器200与各个变频器300连接；可编程逻辑控制器200用于根据用户设置向多个变频器300发送运行频率指令和运行时间指令。

多个变频器300均与直流母线100连接，还与离心电机一一对应连接；每个变频器300用于根据所述运行频率指令控制对应连接的所述离心电机速度的频率，还根据所述运行时间指令控制对应连接的所述离心电机的速度运行时间。

多个能量回馈模块400与多个变频器300一一对应连接，还与外部电网连接；每个能量回馈模块400用于将对应连接的变频器300中所述离心电机产生的电能转换为电压输出到所述外部电网中。

其中，所述离心电机产生的电能转换的电压为交流电压，与外部电网的交流电压幅值相同。

上述离心机动能电量回馈控制系统中，可编程逻辑控制器200向各个变频器300发送运行频率指令和运行时间指令；多个变频器300根据运行频率指令控制离心电机的运行速度的频率，根据运行时间指令控制离心电机的速度运行时间；多个能量回馈模块400与多个变频器300一一对应连接，将对应连接的变频器300中离心电机产生的电能转换为电压输出到外部电网中中，实现了改变离心机速度时使电机平稳运行，同时降低了变频器300直流侧升压对直流母线的影响，实现节能减排。

在回收和利用制动离心电机产生的再生电能过程中，如果单纯地采用单机变频器的能量回馈的结构形式，虽然可以使制动状态的离心电机产生的再生电能被处在耗能状态离心电机吸收，达到节能目的，但当再生电能不能被处在耗能状态电机完全消耗时，将引起直流母线100电压升高，造成设备无法正常运行或损坏。为保障离心电机和变频器的正常运行，采用多台离心电机共接直流母线100的技术，如图1和2，当离心电机工作在发电状态时，发电状态的离心电机对应连接的变频器将产生的再生电能输出到公共的直流母线100上，当离心电机工作在耗能状态时从直流母线100上获取电能，实现再生电能的互馈共享。

多台离心电机共接直流母线100，各离心电机工作在不同状态下，能量回馈互补，提高了系统的功率因数，降低电网谐波电流，提高系统的效率，同时可以大大减少变频器300的容量，也可以减少整流模块600的重复配置，结构简单合理，经济实用。

现有的离心机的变频调速控制方案是依靠人工控制离心机的启动、加速、减速和停止等运行状态，人工控制则需要设置多个开关元件，使得控制系统接线复杂繁琐，故障排除时间较长，且故障率较高，多次影响生产，为了解决这种长期困扰的问题，本实施例采用可编程逻辑控制器200控制变频器300的频率和变频时间，从而控制离心电机的启动、加速、减速、停止和运行时间等。

所述运行频率指令包括：轻载运行频率指令、轻载加速频率指令、重载加速频率指令和重载运行频率指令等。

具体的，变频器300根据轻载运行频率指令控制对应连接的离心电机的轻载的运行速度；变频器300根据轻载加速频率指令控制对应连接的离心电机的轻载的加速度；变频器300根据重载加速频率指令控制对应连接的离心电机的重载的加速度；变频器300根据重载运行频率指令控制对应连接的离心电机的重载的运行速度。

其中，所述轻载加速频率还可以包括：第一段频率、第二段频率和第三段频率。

所述运行时间指令包括：轻载运行时间指令、轻载加速时间指令、重载加速时间指令、重载运行时间指令和刹车运行时间指令等。

具体的，变频器300根据轻载运行时间指令控制对应连接的离心电机的轻载运行时间；变频器300根据轻载加速时间指令控制对应连接的离心电机的轻载进行加速的时间；变频器300根据重载加速时间指令控制对应连接的离心电机的重载进行加速的时间；变频器300根据重载运行时间指令控制对应连接的离心电机的重载运行时间；变频器300根据刹车运行时间指令控制对应连接的离心电机的刹车时间。例如，需要离心电机停止工作时，由于离心电机的大惯性负载，离心电机紧急制动会产生很大的制动电流，使变频器300的直流侧电压急剧升高，影响使用，通过设置刹车运行时间，可以使离心电机在一定时间内稳定停止。

其中，所述轻载或重载加速时间还可以包括：第一段加速时间、第二段加速时间和第三段加速时间。

可选的，可编程逻辑控制器200还包括温度监测功能和短路保护功能，以及设有监测变频器故障与控制系统回路故障等故障的监测单元。当系统出现温度过高、短路、变频器故障和控制系统回路故障时，可编程逻辑控制器200会直接控制离心电机减速。同时，可编程逻辑控制器200还增加了多台离心电机同时进行能量反馈状态下的母线继电器自锁、互锁的控制指令，防止变频器自动换挡、自动脱档和同时挂入两个档，减少对直流母线100和离心电机的影响。

上述可编程逻辑控制器200，保证了离心电机启动、升速、降速和停止的平稳，机械冲击小，减少了大电流的出现，大大地减少了对直流母线100的冲击，实现离心电机平稳的回馈能量。

进一步地，一个实施例中，每个变频器300均包括：滤除每个变频器300 产生的高次谐波的滤波器。

高次谐波是变频器300产生的主要干扰源，高次谐波对变频器300与可编程逻辑控制器200之间的通信、变频器300与离心电机之间的通信进行干扰。变频器300受到高次谐波污染时，轻则影响系统运行效率，出现随机性故障，重则损坏设备。所以，为了确保离心电机的变频调速的稳定可靠，本实施例在变频器中设置滤波器，已解决电磁兼容问题，消除高次谐波对变频器300与可编程逻辑控制器200之间的通信、变频器300与离心电机之间的通信的干扰。

可选的，变频器采用HD三相400V系列的富士变频器。

优选的，变频器300的型号为FRN-GIS-55kW，其中，FRN-GIS-55kW的变频器的额定容量为85kVA，额定电流112A，额定输出电流110A，适配电机的功率为55kW。

进一步地，请参见图2，一个实施例中，所述离心机动能电量回馈控制系统还包括：对外部交流电网进行整流的整流模块500。

整流模块500的输入端适于与所述外部电网连接，整流模块600的输出端与直流母线100连接。整流模块500对外部电网进行整流为直流电，通过直流母线100输入到每个变频器300中。

本实施例对整流模块500不做限定，整流模块500可以是实现整流功能的功能电路，也可以是实现相关功能的整流器或交直流转换器等。

进一步地，请参见图2，一个实施例中，所述离心机动能电量回馈控制系统还包括：多个用于控制整流模块500进行整流或控制能量回馈模块400将电能转换的电压输出到所述外部电网中的滞环控制模块600。

每个滞环控制模块600的控制端和能量回馈模块400一一对应连接，每个滞环控制模块600的控制端还与整流模块500连接，每个滞环控制模块600的电压端与所述外部电网连接。

为了避免能量回馈模块400过于频繁的起动和关闭，同时确保所述离心机动能电量回馈控制系统整流工作状态与能量反馈状态不同时出现，本实施例在外部电网上设置滞环控制模块600。

滞环控制模块600用于检测外部电网上的交流电压的幅值；当外部电网上交流电的峰值上限值大于交流电的峰值下限值时，关闭整流模块500，启动能量回馈模块400，能量回馈模块400将离心电机产生的电能反馈到外部交流电网中，当交流电的幅值上限值小于交流电的幅值下限值时，关闭能量回馈模块400，启动整流模块500，整流模块500将外部电网的电压整流输入到直流母线中。

其中，所述交流电的峰值上限和峰值下限可以根据具体的滞环控制模块 600的结构，同时结合直流母线100的电压进行设置，本实施例对交流电的峰值上限和峰值下限不做限定。

应理解，本实施例对滞环控制模块600的具体结构不做限定，滞环控制模块600可以是滞环比较器，还可以是实现相关功能的滞环控制电路。

进一步地，请参阅图2，作为一种具体实施方式，能量回馈模块400包括：电能端和输出端。

能量回馈模块400的电能端与对应连接的变频器300连接，能量回馈模块 400的输出端与所述外部电网连接。

能量回馈模块400的电能端用于接收能量回馈模块400对应连接的变频器 300中所述离心电机产生的电能；能量回馈模块400的输出端用于将电能转换的电压输出到所述外部电网中。

能量回馈是指变频器300将离心电机产生的再生电能传输到直流母线100 中，以供其他用电设备使用，达到有效节约电力资源的目的。

可选的，能量回馈模块400包括：逆变单元410和储能单元420。

逆变单元410的电压输入端与能量回馈模块400的电能端连接，逆变单元 410的电压输出端与能量回馈模块400的输出端连接；逆变单元410将对应连接的变频器300中所述离心电机产生的电能转换为电压输出到所述外部电网中。

储能单元420与逆变单元410的储能端连接；储能单元420用于存储逆变单元410中电能转换的电压。

可选的，逆变单元410为逆变器。

可选的，储能单元420为电容。

能量回馈模块400首先检测变频器300直流侧的电压，判断离心电机是否进入再生制动发电状态，当离心电机进入发电状态导致变频器300直流侧电压升高时，逆变单元410把变频器300直流侧的电能反馈回外部电网进行再生能源利用。

可选的，能量回馈模块400为IPC-PF型号的能量回馈装置。

IPC-PF型号的能量回馈装置为加拿大国家能源公司的回馈制动装置，适用的轻载功率为55KW，适用的重载功率为75KW，额定电流10A，峰值电流70A。 IPC-PF型号的能量回馈装置还设置熔断器，即使在输出短路的情况下也不会损坏原来的控制系统。IPC-PF型号的能量回馈装置还具有过热、电流短路及故障自诊断功能等。

上述能量回馈模块400，将离心电机产生的再生电能馈送到直流母线100 中，节约大量的电能，降低了设备的维修费用，降低了企业的投资成本。

进一步地，一个实施例中，所述离心机动能电量回馈控制系统还包括：控制耗能状态的所述离心电机数量和发电状态的所述离心电机数量相等的协调控制器700。

协调控制器700与各个变频器300连接。

通过协调控制各个离心电机的工作状态，使离心电机系统中处在耗能状态的电机数和处在发电状态的电机数接近相等，使离心电机产生的再生电能可以通过变频器300直接输入到直流母线100中，这是处于耗能状态的离心电机正好可以直接用直流母线100中的电压，使系统不需要能量反馈或储能，节能效果最好。公共的直流母线100与协调控制器700的结合，可以使离心机动能电量回馈控制系统中，节省储能装置，降低系统成本。

进一步地，请参见图2，一个实施例中，所述离心机动能电量回馈控制系统还包括：多个进线保护装置800。

每个变频器300通过进线保护装置800与直流母线100连接。

多个变频器300与多个进线保护装置800一一对应连接。

可选的，进线保护装置800为接触器。本领域技术人员应理解，所述接触器是利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器，不仅可以接通和切断电路，而且还具有低电压释放保护作用，即所述进线保护装置可以自动闭合或断开，还可以保护直流母线100与变频器300之间连接的电路。在其他实施例中，进线保护装置800也可以为其他能够实现相应功能的电子器件，例如继电器等。

上述实施例中，可编程逻辑控制器200向各个变频器300发送运行频率指令和运行时间指令；多个变频器300根据运行频率指令控制离心电机的运行速度的频率，根据运行时间指令控制离心电机的速度运行时间；多个能量回馈模块400与多个变频器300一一对应连接，将对应连接的变频器300中离心电机产生的电能转换为电压输出到外部电网中，实现了改变离心机速度时使电机平稳运行，同时降低了变频器300直流侧升压对直流母线的影响，实现节能减排。

应当理解，本实用新型不限于单个系统应用，当多个系统进行组合应用。本实用新型实施例系统中的器件或单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种离心机动能电量回馈控制系统，其特征在于，包括：直流母线、可编程逻辑控制器、多个变频器和多个能量回馈模块；

所述可编程逻辑控制器，与各个所述变频器连接，根据用户设置向所述多个变频器发送运行频率指令和运行时间指令；

所述多个变频器，均与所述直流母线连接，还与离心电机一一对应连接，根据所述运行频率指令控制对应连接的所述离心电机速度的频率，根据所述运行时间指令控制对应连接的所述离心电机的速度运行时间；

所述多个能量回馈模块，与所述多个变频器一一对应连接，还与外部电网连接，将对应连接的所述变频器中所述离心电机产生的电能转换为电压输出到所述外部电网中。

2.如权利要求1所述的离心机动能电量回馈控制系统，其特征在于，每个所述变频器均包括：滤除每个所述变频器产生的高次谐波的滤波器。

3.如权利要求1所述的离心机动能电量回馈控制系统，其特征在于，所述离心机动能电量回馈控制系统还包括：对外部交流电网进行整流的整流模块；

所述整流模块的输入端适于与所述外部电网连接，所述整流模块的输出端与所述直流母线连接。

4.如权利要求3所述的离心机动能电量回馈控制系统，其特征在于，所述离心机动能电量回馈控制系统还包括：多个用于控制所述整流模块进行整流或控制所述能量回馈模块将电能转换的电压输出到所述外部电网中的滞环控制模块；

每个所述滞环控制模块的电压端均与所述外部电网连接，每个所述滞环控制模块的控制端与所述能量回馈模块一一对应连接，每个所述滞环控制模块的控制端还与所述整流模块连接。

5.如权利要求1所述的离心机动能电量回馈控制系统，其特征在于，所述能量回馈模块包括：电能端和输出端；

所述能量回馈模块的电能端与对应连接的所述变频器连接，所述能量回馈模块的输出端与所述外部电网连接；

所述能量回馈模块还包括：逆变单元和储能单元；

所述逆变单元，电压输入端与所述能量回馈模块的电能端连接，电压输出端与所述能量回馈模块的输出端连接，将对应连接的所述变频器中所述离心电机产生的电能转换为电压输出到所述外部电网中；

所述储能单元，与所述逆变单元的储能端连接，用于存储所述逆变单元中电能转换的电压。

6.如权利要求5所述的离心机动能电量回馈控制系统，其特征在于，所述逆变单元为逆变器。

7.如权利要求5所述的离心机动能电量回馈控制系统，其特征在于，所述储能单元为电容。

8.如权利要求1所述的离心机动能电量回馈控制系统，其特征在于，所述能量回馈模块为IPC-PF型号的能量回馈装置。

9.如权利要求1所述的离心机动能电量回馈控制系统，其特征在于，所述离心机动能电量回馈控制系统还包括：控制耗能状态的所述离心电机数量和发电状态的所述离心电机数量相等的协调控制器；

所述协调控制器与各个所述变频器连接。

10.如权利要求1至9任一项所述的离心机动能电量回馈控制系统，其特征在于，所述离心机动能电量回馈控制系统还包括：多个进线保护装置；

每个所述变频器通过所述进线保护装置与所述直流母线连接；

多个所述变频器与多个所述进线保护装置一一对应连接。