西门子整流单元在开卷线上的应用

开卷线用于将不同规格的卷材经开卷、整平、定尺，加工成不同规格板材，分类堆放整齐。对于大量使用不同规格板材的企业，能够显著地增加产量，降低成本，保证质量，提高生产效率，是现代企业必不可少的高效加工机械。西门子SINAMICSS120是目前市场占有率比较高的变频器产品，这款产品基于公共直流母线系统的多机传动，其独特的结构和优异的性能专为完成最复杂的传动任务而设计。本文介绍了SINAMICSS120系列变频器的不同整流单元，研究不同整流单元的运行特性，对正确选型具有参考意义。开卷线工艺流程卷料由上料小车托起，自动以卷径对中方式插入开卷机卷筒，开卷机以卷宽方式自动对中，然后卷筒胀开使料卷固定在开卷机卷筒上。借助引料装置，将钢带引入夹送装置中，通过切头剪去不良板头，再引入矫直机中。钢带从矫直机出来之后，经过活套，由定尺装置定长，并通过剪板机完成剪切。剪切完成后，通过输送皮带、排料架进行堆垛，然后打包、贴标签、入库。图1为开卷线工艺流程示意图。图1开卷线工艺流程示意图开卷线常用整流单元基本整流单元基本整流单元是一种不可调节的、两象限运行的电源模块（能量方向总是从电网输送到直流母线），这种整流模块不能将能量从直流母线回馈到电网。驱动系统的再生能量必须通过连接在直流母线上的制动模块（制动单元、制动电阻）转换成热能消耗掉。基本整流单元是由晶闸管或二极管组成的电源换相的6-脉动三相整流器。在进线侧，一般连接一个相对短路压降Uk=2%的输入电抗器。基本整流单元（图2）是SINAMICSG130装机装柜型和G150柜机的一个整体组件（均为晶闸管），也是模块化系统SIANMICSS120装机装柜型和柜机的一种整流模块（小功率范围为晶闸管、900kW/400V和1500kW/（500～690V）的大功率单元为二极管）。图2带有Uk=2%的输入电抗器的SINAMICSS120基本整流单元基本整流单元是一种电源换向整流器，输入三相电源电压VLine，其输出为不可控的，依赖于负载的直流母线电压VDC

Line。空载时，直流电压充至电源电压峰值，即：VDCLine=1.41VLine。加载后，直流母线电压降低，部分加载时，直流母线电压VDCLine=1.32VLine，满载时，VDC

Line=1.35VLine。由于直流电压不可控，电源电压波动会导致直流母线电压的波动。整流回馈单元SmartInfeed是一种可四象限运行的、简单的整流回馈单元（图3），它允许能量从电源流至直流母线，也允许从直流母线流回电源。图3整流回馈单元由SLM和Uk=4%的输入电抗器组成整流回馈单元由IGBT逆变器组成，该逆变器工作于电源侧，为电源换向的6-脉动桥式整流回馈单元。与有源整流单元不同，其IGBT不按照脉宽调制方式触发。在整流方式（电动模式）运行时，电流通过集成在IGBT模块中的二极管从电源流至直流母线，从而在电动模式下表现为电源换向的6-脉动二极管桥式整流电路。回馈方式运行时，电流流过电源频率同步触发的IGBT，这样，在回馈运行时表现为电源换向的6-脉动IGBT桥式电路。IGBT与晶闸管不同，它可在任意时间关断，在回馈方式运行时不会由于电源故障而发生换向短路，整流回馈单元需在电源侧安装一个相对短路压降为4%的进线电抗器，在SINAMICSS120模块化系统中，整流回馈单元有装机装柜型和柜机型。整流回馈单元的IGBT总是在自然换向点触发开通，120°（电角度）后关闭，与能量流动方向无关。因此，电流也就是能量可以随时从电源流至直流母线，反之亦然。实际电流/能量流动的方向只取决于电源电压和直流母线电压。在稳定的电动状态下运行时，有电流流动期间，直流母线电压总是低于电源电压，电流通过二极管从电源流向直流母线；在稳定的回馈状态下运行时，有电流流动期间，直流母线电压总是高于电源电压，电流通过IGBT从直流母线流向电网。这种控制原理的优势在于，对负载的变化，整流回馈单元可以相对快速地做出反应，还可随时改变电流流动的方向。整流回馈单元是电源换向的整流/回馈设备，将三相电源电压VLine整流为不可控的、基于负载的直流母线电压VDC

Line。在空载情况下，直流回路充电至电源电压峰值，即VDC

Line=1.41VLine。直流回路带载时，直流母线的电压跌落大于基本整流单元，这是由于整流回馈单元的电抗器相对短路压降为4%，其压降大于基本整流单元的2%电抗器的压降。部分负载时，直流母线电压VDCLine=1.32VLine，满载时，VDCLine=1.35VLine。由于直流电压不可控，电源电压波动会导致直流母线电压的波动。有源整流单元有源整流单元是用于四象限运行的脉冲调制的整流/回馈单元，它既允许能量从电源流到直流回路，也允许能量反流。有源整流单元由自换向的IGBT逆变器构成，该逆变器工作于电源侧，把电源电压整流为恒定可控的直流电压。由于在有源整流单元和电源之间安装了洁净电源滤波器，使电网的波形接近于正波，因而谐波最小。不同整流单元的特性比较表1为不同类型的整流单元所有关键特性的简单综合比较。表1不同S