论文部分内容阅读
[摘 要]现代工业生产中，变频技术作为扭矩控制与调速控制，在工业自动化领域得到快速发展并广泛的应用。随着经济的快速发展，节能减排已成为全球日益关注的课题。能源短缺问题在我国日益明显，合理的实现工业自动化控制并达到节能减排的效果是我国目前迫切需要解决的问题之一。本文分析了绞吸式挖泥船绞车驱动方式中，采用常规单变频驱动方式存在的弊端，并探讨了共用直流母排多驱动变频技术在绞吸式挖泥船绞车电机驱动中的应用，及其在实际生产应用中显著的节能效果。
[关键词]变频；节能；多驱动
中图分类号：TN830.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）48-0014-01
一 变频的分类及优势
随着对变频控制的研究开发，现代变频器主要有两种方式：一种是工频交流输入，直接转换成频率、电压均可控制的交流电输出给用电设备，称为交-交型，又称直接式变频器；一种是输入工频交流电，通过整流单元变成直流再把直流电变换成频率、电压可控的交流电，称为交-直-交型，又称间接式变频器。
变频调速能应用在大部分电力拖动场合，可提供精度较高的速度控制、转矩控制，因此可以方便的应用在控制机械的上升、下降和变速运行。变频的应用不仅大大提高了工艺的高效性，同时可以比定速电机更加节能。采用变频控制的主要优点有：减小启动电流，降低电网压降，减少对电网的冲击；有效控制电机转速和转矩；功能多样化，提高自动化水平及生产效率；报警及保护功能使设备运行更安全可靠；有效节能，节约后期成本。
二 挖泥船绞车常规驱动方式及缺点
作为非自航绞吸式挖泥船，其绞车主要包括：起桥绞车、横移绞车、起锚绞车、锚杆绞车。绞车驱动常采用的方式有：直流調速电机驱动；交流电机变速驱动；变频电机驱动。由于直流电机在使用维护中存在很多缺点，交流变速电机只能阶梯调速不能实现无极调速控制，所以现在多采用变频电机驱动挖泥船的绞车。
常规变频电机驱动设计中，多采用单传动驱动设计，即配电系统给单台变频器单独供电，独立的控制系统控制变频器单独驱动电机，其间无任何联系且占用空间大。
由于挖泥船绞车特殊的工作方式，在正常施工挖泥过程中，两台横移绞车工作方式为一台正向收缆，一台反向制动放缆，反向制动的电机产生反馈电势能回馈到电网，无法二次利用，需要将这部分电能以发热的形式消耗到电抗器上，造成能源浪费。在抛锚定位过程中，绞车电机需要频繁启停制动，电机制动时同样会产生一定的反馈电势反馈到变频器造成电压升高，这部分电势能也需要以发热的形式消耗到电抗器上，造成了很大的能量浪费。
三 多驱动方式及节能效果分析
多驱动方式，即配电系统给一个总用的整流单元供电，整流单元将输入的三项交流电整流成直流电，通过共用的直流母排，将直流电输入到各逆变器，为每台逆变器提供电能。采用共用直流母排，当某台电机由于制动产生电势能，反馈回来的电能通过逆变器反馈回直流母排，造成电压升高时，这部分反馈的电势能就可以应用到其它运行的电机中，达到了节能效果。
荷兰8527型绞吸式挖泥船绞车及封水设备包括：420KW起桥绞车电机一台；250KW横移绞车电机两台；100KW起锚绞车电机两台；20KW盖绳绞车电机两台；75KW封水电机两台；132KW封水电机两台。如果采用常规单独变频器驱动单台设备，则实际正常施工生产时，一台横移绞车正向收缆，一台横移绞车反向制动放缆，封水系统四台电机保持运行状态。按实际电机运行负荷在80%左右计算，六台电机运行总功率为731.2KW。如采用共用直流母排，其中一台横移反向制动反馈回电网的电动势能就可以应用到其他设备中，其效果等同于此台绞车电机为电网提供了约200KW的电能，则采用共用直流母排多驱动方式可节约功率400KW左右。
四 多驱动技术在挖泥船上的应用及节能效果
我公司8527型绞吸式挖泥船，挖泥疏浚系统电源由三台1620KW发电机组提供。绞车及封水系统采用共用直流母排多驱动方式，其控制系统采用西门子300系列PLC，整流单元及各电机驱动的逆变器均采用ABB公司ACS800系列多传动模块，系统框图如图一所示。
实际生产施工过程中，由于挖泥工况变化较频繁，挖泥设备实际功率也随工况频繁变化。根据船上施工实际记录的数据，挖泥过程中三台发电机组实际输出总功率平均约为2600KW左右，单台横移绞车电机功率在120KW-200KW之间波动。按单台横移绞车实际功率为150KW计算，采用多驱动方式单台发电机的输出功率约为866KW；采用单驱动方式，总功率将增加约300KW左右，即每台发电机输出功率将增加约100KW，即为966KW左右，则可计算出采用共用直流母排多驱动方式，耗能可节省功率百分比为10.4%左右。由图二发电机组性能参数表可计算出对应功率下燃油的消耗率，单台发电机运行在966KW和866KW时燃油消耗率分别约为244.9LPH和221.3LPH，则计算得出采用多驱动方式情况下单台发电机可节省油耗23.6LPH。如按照全年有效施工时间利用率为80%计算，则船上三台发电机组每年节省柴油量约为165388L，约为140吨。
五 结束语
本文探讨了共用直流母排多变频驱动方式在绞吸式挖泥船绞车驱动控制系统中的应用。从理论及实际数据中，分析了此驱动方式显著的节能效果。多变频驱动因自动化程度高、占用空间小及显著的节能效果，已成为现代电机拖动控制的重要技术之一，尤其在驱动起重设备及现代海洋工程中将得到更广泛的应用及发展。
参考文献
[1] 安荣.通用变频器及应用[J].机械工业出版社，2000.
[2] 回林，王波.变频调速技术的发展与在工业控制中的应用[J].水力科技与经济，2001，5（7）：203-204.
[3] 邱阿瑞，孙旭东.实用电动机控制[M].北京：人民邮电出版社.
[关键词]变频；节能；多驱动
中图分类号：TN830.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）48-0014-01
一 变频的分类及优势
随着对变频控制的研究开发，现代变频器主要有两种方式：一种是工频交流输入，直接转换成频率、电压均可控制的交流电输出给用电设备，称为交-交型，又称直接式变频器；一种是输入工频交流电，通过整流单元变成直流再把直流电变换成频率、电压可控的交流电，称为交-直-交型，又称间接式变频器。
变频调速能应用在大部分电力拖动场合，可提供精度较高的速度控制、转矩控制，因此可以方便的应用在控制机械的上升、下降和变速运行。变频的应用不仅大大提高了工艺的高效性，同时可以比定速电机更加节能。采用变频控制的主要优点有：减小启动电流，降低电网压降，减少对电网的冲击；有效控制电机转速和转矩；功能多样化，提高自动化水平及生产效率；报警及保护功能使设备运行更安全可靠；有效节能，节约后期成本。
二 挖泥船绞车常规驱动方式及缺点
作为非自航绞吸式挖泥船，其绞车主要包括：起桥绞车、横移绞车、起锚绞车、锚杆绞车。绞车驱动常采用的方式有：直流調速电机驱动；交流电机变速驱动；变频电机驱动。由于直流电机在使用维护中存在很多缺点，交流变速电机只能阶梯调速不能实现无极调速控制，所以现在多采用变频电机驱动挖泥船的绞车。
常规变频电机驱动设计中，多采用单传动驱动设计，即配电系统给单台变频器单独供电，独立的控制系统控制变频器单独驱动电机，其间无任何联系且占用空间大。
由于挖泥船绞车特殊的工作方式，在正常施工挖泥过程中，两台横移绞车工作方式为一台正向收缆，一台反向制动放缆，反向制动的电机产生反馈电势能回馈到电网，无法二次利用，需要将这部分电能以发热的形式消耗到电抗器上，造成能源浪费。在抛锚定位过程中，绞车电机需要频繁启停制动，电机制动时同样会产生一定的反馈电势反馈到变频器造成电压升高，这部分电势能也需要以发热的形式消耗到电抗器上，造成了很大的能量浪费。
三 多驱动方式及节能效果分析
多驱动方式，即配电系统给一个总用的整流单元供电，整流单元将输入的三项交流电整流成直流电，通过共用的直流母排，将直流电输入到各逆变器，为每台逆变器提供电能。采用共用直流母排，当某台电机由于制动产生电势能，反馈回来的电能通过逆变器反馈回直流母排，造成电压升高时，这部分反馈的电势能就可以应用到其它运行的电机中，达到了节能效果。
荷兰8527型绞吸式挖泥船绞车及封水设备包括：420KW起桥绞车电机一台；250KW横移绞车电机两台；100KW起锚绞车电机两台；20KW盖绳绞车电机两台；75KW封水电机两台；132KW封水电机两台。如果采用常规单独变频器驱动单台设备，则实际正常施工生产时，一台横移绞车正向收缆，一台横移绞车反向制动放缆，封水系统四台电机保持运行状态。按实际电机运行负荷在80%左右计算，六台电机运行总功率为731.2KW。如采用共用直流母排，其中一台横移反向制动反馈回电网的电动势能就可以应用到其他设备中，其效果等同于此台绞车电机为电网提供了约200KW的电能，则采用共用直流母排多驱动方式可节约功率400KW左右。
四 多驱动技术在挖泥船上的应用及节能效果
我公司8527型绞吸式挖泥船，挖泥疏浚系统电源由三台1620KW发电机组提供。绞车及封水系统采用共用直流母排多驱动方式，其控制系统采用西门子300系列PLC，整流单元及各电机驱动的逆变器均采用ABB公司ACS800系列多传动模块，系统框图如图一所示。
实际生产施工过程中，由于挖泥工况变化较频繁，挖泥设备实际功率也随工况频繁变化。根据船上施工实际记录的数据，挖泥过程中三台发电机组实际输出总功率平均约为2600KW左右，单台横移绞车电机功率在120KW-200KW之间波动。按单台横移绞车实际功率为150KW计算，采用多驱动方式单台发电机的输出功率约为866KW；采用单驱动方式，总功率将增加约300KW左右，即每台发电机输出功率将增加约100KW，即为966KW左右，则可计算出采用共用直流母排多驱动方式，耗能可节省功率百分比为10.4%左右。由图二发电机组性能参数表可计算出对应功率下燃油的消耗率，单台发电机运行在966KW和866KW时燃油消耗率分别约为244.9LPH和221.3LPH，则计算得出采用多驱动方式情况下单台发电机可节省油耗23.6LPH。如按照全年有效施工时间利用率为80%计算，则船上三台发电机组每年节省柴油量约为165388L，约为140吨。
五 结束语
本文探讨了共用直流母排多变频驱动方式在绞吸式挖泥船绞车驱动控制系统中的应用。从理论及实际数据中，分析了此驱动方式显著的节能效果。多变频驱动因自动化程度高、占用空间小及显著的节能效果，已成为现代电机拖动控制的重要技术之一，尤其在驱动起重设备及现代海洋工程中将得到更广泛的应用及发展。
参考文献
[1] 安荣.通用变频器及应用[J].机械工业出版社，2000.
[2] 回林，王波.变频调速技术的发展与在工业控制中的应用[J].水力科技与经济，2001，5（7）：203-204.
[3] 邱阿瑞，孙旭东.实用电动机控制[M].北京：人民邮电出版社.