西門子整流單元在開卷線上的應(yīng)用

開卷線用于將不同規(guī)格的卷材經(jīng)開卷、整平、定尺，加工成不同規(guī)格板材，分類堆放整齊。對于大量使用不同規(guī)格板材的企業(yè)，能夠顯著地增加產(chǎn)量，降低成本，保證質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，是現(xiàn)代企業(yè)必不可少的高效加工機(jī)械。西門子SINAMICSS120是目前市場占有率比較高的變頻器產(chǎn)品，這款產(chǎn)品基于公共直流母線系統(tǒng)的多機(jī)傳動，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能專為完成最復(fù)雜的傳動任務(wù)而設(shè)計(jì)。本文介紹了SINAMICSS120系列變頻器的不同整流單元，研究不同整流單元的運(yùn)行特性，對正確選型具有參考意義。開卷線工藝流程卷料由上料小車托起，自動以卷徑對中方式插入開卷機(jī)卷筒，開卷機(jī)以卷寬方式自動對中，然后卷筒脹開使料卷固定在開卷機(jī)卷筒上。借助引料裝置，將鋼帶引入夾送裝置中，通過切頭剪去不良板頭，再引入矯直機(jī)中。鋼帶從矯直機(jī)出來之后，經(jīng)過活套，由定尺裝置定長，并通過剪板機(jī)完成剪切。剪切完成后，通過輸送皮帶、排料架進(jìn)行堆垛，然后打包、貼標(biāo)簽、入庫。圖1為開卷線工藝流程示意圖。圖1開卷線工藝流程示意圖開卷線常用整流單元基本整流單元基本整流單元是一種不可調(diào)節(jié)的、兩象限運(yùn)行的電源模塊（能量方向總是從電網(wǎng)輸送到直流母線），這種整流模塊不能將能量從直流母線回饋到電網(wǎng)。驅(qū)動系統(tǒng)的再生能量必須通過連接在直流母線上的制動模塊（制動單元、制動電阻）轉(zhuǎn)換成熱能消耗掉?；菊鲉卧怯删чl管或二極管組成的電源換相的6-脈動三相整流器。在進(jìn)線側(cè)，一般連接一個(gè)相對短路壓降Uk=2%的輸入電抗器?；菊鲉卧▓D2）是SINAMICSG130裝機(jī)裝柜型和G150柜機(jī)的一個(gè)整體組件（均為晶閘管），也是模塊化系統(tǒng)SIANMICSS120裝機(jī)裝柜型和柜機(jī)的一種整流模塊（小功率范圍為晶閘管、900kW/400V和1500kW/（500～690V）的大功率單元為二極管）。圖2帶有Uk=2%的輸入電抗器的SINAMICSS120基本整流單元基本整流單元是一種電源換向整流器，輸入三相電源電壓VLine，其輸出為不可控的，依賴于負(fù)載的直流母線電壓VDC

Line。空載時(shí)，直流電壓充至電源電壓峰值，即：VDCLine=1.41VLine。加載后，直流母線電壓降低，部分加載時(shí)，直流母線電壓VDCLine=1.32VLine，滿載時(shí)，VDC

Line=1.35VLine。由于直流電壓不可控，電源電壓波動會導(dǎo)致直流母線電壓的波動。整流回饋單元SmartInfeed是一種可四象限運(yùn)行的、簡單的整流回饋單元（圖3），它允許能量從電源流至直流母線，也允許從直流母線流回電源。圖3整流回饋單元由SLM和Uk=4%的輸入電抗器組成整流回饋單元由IGBT逆變器組成，該逆變器工作于電源側(cè)，為電源換向的6-脈動橋式整流回饋單元。與有源整流單元不同，其IGBT不按照脈寬調(diào)制方式觸發(fā)。在整流方式（電動模式）運(yùn)行時(shí)，電流通過集成在IGBT模塊中的二極管從電源流至直流母線，從而在電動模式下表現(xiàn)為電源換向的6-脈動二極管橋式整流電路?；仞伔绞竭\(yùn)行時(shí)，電流流過電源頻率同步觸發(fā)的IGBT，這樣，在回饋運(yùn)行時(shí)表現(xiàn)為電源換向的6-脈動IGBT橋式電路。IGBT與晶閘管不同，它可在任意時(shí)間關(guān)斷，在回饋方式運(yùn)行時(shí)不會由于電源故障而發(fā)生換向短路，整流回饋單元需在電源側(cè)安裝一個(gè)相對短路壓降為4%的進(jìn)線電抗器，在SINAMICSS120模塊化系統(tǒng)中，整流回饋單元有裝機(jī)裝柜型和柜機(jī)型。整流回饋單元的IGBT總是在自然換向點(diǎn)觸發(fā)開通，120°（電角度）后關(guān)閉，與能量流動方向無關(guān)。因此，電流也就是能量可以隨時(shí)從電源流至直流母線，反之亦然。實(shí)際電流/能量流動的方向只取決于電源電壓和直流母線電壓。在穩(wěn)定的電動狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，有電流流動期間，直流母線電壓總是低于電源電壓，電流通過二極管從電源流向直流母線；在穩(wěn)定的回饋狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，有電流流動期間，直流母線電壓總是高于電源電壓，電流通過IGBT從直流母線流向電網(wǎng)。這種控制原理的優(yōu)勢在于，對負(fù)載的變化，整流回饋單元可以相對快速地做出反應(yīng)，還可隨時(shí)改變電流流動的方向。整流回饋單元是電源換向的整流/回饋設(shè)備，將三相電源電壓VLine整流為不可控的、基于負(fù)載的直流母線電壓VDC

Line。在空載情況下，直流回路充電至電源電壓峰值，即VDC

Line=1.41VLine。直流回路帶載時(shí)，直流母線的電壓跌落大于基本整流單元，這是由于整流回饋單元的電抗器相對短路壓降為4%，其壓降大于基本整流單元的2%電抗器的壓降。部分負(fù)載時(shí)，直流母線電壓VDCLine=1.32VLine，滿載時(shí)，VDCLine=1.35VLine。由于直流電壓不可控，電源電壓波動會導(dǎo)致直流母線電壓的波動。有源整流單元有源整流單元是用于四象限運(yùn)行的脈沖調(diào)制的整流/回饋單元，它既允許能量從電源流到直流回路，也允許能量反流。有源整流單元由自換向的IGBT逆變器構(gòu)成，該逆變器工作于電源側(cè)，把電源電壓整流為恒定可控的直流電壓。由于在有源整流單元和電源之間安裝了潔凈電源濾波器，使電網(wǎng)的波形接近于正波，因而諧波最小。不同整流單元的特性比較表1為不同類型的整流單元所有關(guān)鍵特性的簡單綜合比較。表1不同S