阅读说明：本技术 一种vpsa用离心压缩泵的变频控制系统及方法 (Variable frequency control system and method of centrifugal compression pump for VPSA ) 是由 魏庆 洪申平 沈虹 沙宏磊 俞天野 康邵峰 彭爱国 夏令思 张晓华 于 2020-07-14 设计创作，主要内容包括：本发明创造提供了一种VPSA用离心压缩泵的变频控制系统及方法,控制系统包括一个变频器,一个输出滤波器；按具体实现方式不同,可增加能耗制动单元或能量回馈单元；通过设置变频器连续工作于速度控制模式下,并给定四个阶段不同目标速度实现压缩、吸附、抽空、吹扫四个工艺要求,提高了运行过程中平稳性和可靠性。本发明创造所述的变频控制系统通过合理设置变频器母线过压抑制值,或能耗制动单元的制动动作电压,或能量回馈单元的回馈启动电压,可防止变频器母线过压,并回收减速阶段部分转子能量,提高动态响应速度,提高系统效率。(The invention has created and provided a VPSA to use the frequency conversion control system and method of the centrifugal compression pump, the control system includes a frequency converter, an output filter; according to different specific implementation modes, an energy consumption braking unit or an energy feedback unit can be added; the frequency converter is continuously operated in a speed control mode, four process requirements of compression, adsorption, evacuation and purging are realized by setting different target speeds in four stages, and the stability and the reliability in the operation process are improved. The frequency conversion control system can prevent the overvoltage of the frequency converter bus, recover partial rotor energy in the deceleration stage, improve the dynamic response speed and improve the system efficiency by reasonably setting the overvoltage suppression value of the frequency converter bus, or the braking action voltage of the energy consumption braking unit, or the feedback starting voltage of the energy feedback unit.)

一种VPSA用离心压缩泵的变频控制系统及方法

技术领域

本发明创造属于真空变压吸附领域，尤其是涉及一种VPSA用离心压缩泵的变频控制系统及方法。

背景技术

VPSA是一种使较难吸附的杂质在负压下强行解析出来的气体分离与提纯技术。它通过吸附剂这个载体依靠工艺介质压力的变化，实现气体的吸附与再生，完成气体的分离与提纯。在VPSA工艺中，原始气体受限被先压缩，然后送入含有吸附剂的固定床进行吸附，该吸附剂对主要组分中的一种组分表现出吸附偏好，由此获得去除被吸附气体的流出产品流；然后再对吸附床进行抽空，使其处于负压状态；接着在负压下对吸附剂进行吹扫，即使得之前吸附的气体进行分离，从而使吸附剂具备再次吸附能力。变压吸附制纯氢技术广泛应用于制氢变换气、炼厂重整氢、各种加氢尾气、乙烯尾气以及丙烯尾气等多种气源制纯氢的领域。

现阶段VPSA气体分离系统吸附加压大多采用罗茨式真空泵机。然而罗茨真空泵机存在效率低、噪声大，单台机组容量小，维护工作量大等一系列缺点。专利CN 101980760 A“使用带有高速永磁电动机的离心式压缩机的PSA气体分离系统和方法”中使用高速永磁变速电动机来使适用于变压吸附(PSA)或真空变压吸附(VPSA)过程中的离心式压缩机加速和减速。CN 108644132 A “一种用于VPSA气体分离系统的高速直驱双级离心鼓风机头组” 公开了一种用于VPSA气体分离系统的高速直驱双级离心真空鼓风机头组。这些专利中采用高速电机直驱的离心式压缩泵代替传统的罗茨真空泵机，通过切换阀门和控制压缩机的转速进行气体的压缩和抽真空。通常一个工艺循环包括压缩、吸附、抽空、吹扫四个过程。压缩阶段，压缩机工作于转速n₁，持续时间T₁，将进入气体压缩到工艺要求压力；接着进入吸附阶段，吸附室内吸附剂对要滤除的气体进行吸附，持续时间T₂，此阶段压缩机不需要工作，但转速必须下降至 n₂以下；抽空阶段，压缩机运行于转速n₃，对吸附室进行抽真空，持续时间T₃，使其达到工艺要求的负压；然后进入吹扫阶段吸附剂吸附的滤除气体在负压下进行分离和排出，为下次吸附做好准备，持续时间T₄，吸附阶段压缩机也不需要工作，但转速必须下降至转速n₄以下，以确保接着能顺利再进入下一个压缩过程，如此完成一个循环。通常一个循环时间在几十秒左右。相比于传统罗茨风机，高速直驱压缩泵具有转子转动惯量小，响应时间快、单机流量大、效率高、噪声低、后期维护简单等诸多优点。

在这个工艺过程中，压缩机的转速也即电机转速周期循环的进行快速变化，如果速度控制系统及控制方法不当，将可能导致转速响应不及时，工艺过程受影响，系统能耗增加，甚至频繁发生故障停机。因此对电机转速的控制是一个关键环节，决定着工艺的性能以及系统的可靠性和效率。目前可查阅的采用高速直驱压缩泵的VPSA系统相关的专利、论文中，尚无对速度控制系统构成及其控制策略的介绍。

一种做法是采用变频器在压缩和抽空阶段，利用变频器对电机进行控制，在吸附和吹扫阶段直接关停变频器，依靠压缩机叶轮气体阻力使得电机降速到要求转速以下。但这种方法有以下不足：

一是由于在吸附和吹扫阶段变频器已经停机，压缩和抽空阶段变频器再启动时电机仍然处于旋转状态，必须进行转速追踪启动，转速追踪启动必须知道电机启动瞬间的位置和转速，对于无传感器控制来说，需要依靠复杂控制算法来实现，且存在一定追踪失败可能性，会造成变频器过流或过压故障停机，导致整个工艺过程中止，减低了系统可靠性；

二是减速完全依靠空气阻力，减速过程速度不受控，完全取决于气体阻力，受阀门切换速度离散化影响，减速过程不够平稳，且有可能无法满足快速降速要求。

三是在减速阶段采用自由停车，速度完全依靠气体阻力降低，转子能量全部被阻力消耗，系统效率较低。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种VPSA用离心压缩泵的变频控制系统及方法，以解决压缩机转速速度控制系统及控制方法不当导致转速响应不及时，工艺过程受影响，系统能耗增加甚至频繁发生故障停机的问题。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种VPSA用离心压缩泵的变频控制系统，包括电源、压缩机电机、以及用于控制压缩机电机的变频控制子系统；

所述变频控制子系统包括变频器、输出滤波器；

所述变频器一端连接电源，另一端连接输出滤波器一端，所述输出滤波器另一端连接压缩机电机。

进一步的，所述变频器还连接有减速控制单元。

进一步的，所述减速控制单元为能耗制动单元，所述能耗制动单元连接变频器。

进一步的，所述减速控制单元为能量回馈单元，所述能量回馈单元接变频器。

进一步的，所述减速控制单元包括箱体、可拆卸安装在箱体内的散热风扇、以及固定在箱体上的箱盖；

所述箱体上设有T型槽，所述箱盖包括插盖、与插盖铰接的翻盖，所述插盖上设有与箱体相对应的T型滑块，所述插盖插接在箱体上；

所述箱体内安装有安装板，所述安装板顶部设有插座，所述散热风扇底部设有与插座对应的插头，所述散热风扇与安装板可拆卸连接，所述散热风扇安装在安装板上方位于翻盖下方。

进一步的，所述箱体为U型件结构，设有开口一侧的侧壁上对称两条T型槽，所述箱体顶部设有第一矩形槽，所述插盖为L型结构，包括第一固定板、第二固定板，所述第二固定板垂直于第一固定板，所述翻盖与第二固定板一端铰接，所述第一矩形槽大小与第二固定板、翻盖大小相同，所述第二固定板、翻盖安装在第一矩形槽内，所述第一固定板内壁延伸出与T 型槽相对应的T型滑块，所述第一固定板插接在T型槽内；

所述第一固定板外壁上设有第一螺纹孔、第二螺纹孔，所述第一螺纹孔设置在第一固定板邻近顶部处，所述第一螺纹孔贯穿第二固定板，所述翻盖与第二固定板铰接端设有与第一螺纹孔相对应的第三螺纹孔，所述第一螺纹孔与第三螺纹孔内安装有第一固定螺栓，所述第一固定螺栓贯穿第二固定板、第一固定板、翻盖，所述第一固定螺栓将翻盖与插盖固定；

所述第二螺纹孔设置在第一固定板邻近底部处，所述第二螺纹孔贯穿T型滑块，所述箱体的T型槽内设有与第二螺纹孔相对应的第四螺纹孔，第二螺纹孔与第四螺纹孔内安装有第二固定螺栓，所述第二固定螺栓将插盖固定在箱体上；

所述箱体顶部还设有第二矩形槽，所述第二矩形槽位于第一矩形槽下方，与第一矩形槽相通，所述第二矩形槽大小与散热风扇大小相对应，所述散热风扇安装在第二矩形槽内，所述散热风扇位于翻盖的下方，所述安装板安装在第二矩形槽下方，所述安装板顶部与第二矩形槽底部贴合，所述插座与插头进行插接。

基于一种VPSA用离心压缩泵的变频控制系统的方法，包括以下步骤：

S1、启动系统，使变频器处于连续速度控制工作状态；

S2、设置变频器的加速和减速的时间，按压缩、吸附、抽空、吹扫四个阶段设置四个不同目标速度，并不断循环；

S3、开启变频器的过压抑制功能，设置过压抑制点要高于正常工作时母线电压值，且低于母线过压保护动作值；

S4、当变频器减速时电机工作于电动状态，能量逆向流回变频器使得母线电压升高，在达到过压抑制点后，变频器会自动调节减速制动转矩，防止流向变频器能量过度，保证变频器不会发生过压故障停机。

基于一种VPSA用离心压缩泵的变频控制系统的方法，所述减速控制单元为能耗制动单元，包括以下步骤：

S1、启动系统，使变频器处于连续速度控制工作状态；

S2、设置变频器的加速和减速的时间，按压缩、吸附、抽空、吹扫四个阶段设置四个不同目标速度，并不断循环；

S3、关闭变频器过压抑制功能，设置能耗制动单元动作电压；

S4、当变频器减速时电机工作于电动状态，能量逆向流回变频器使得母线电压升高，达到能耗制动单元动作电压后，能耗制动单元将接通制动电阻对母线上电压进行泄放。

基于一种VPSA用离心压缩泵的变频控制系统的方法，所述减速控制单元为能量回馈单元，包括以下步骤：

S1、启动系统，使变频器处于连续速度控制工作状态；

S2、设置变频器的加速和减速的时间，按压缩、吸附、抽空、吹扫四个阶段设置四个不同目标速度，并不断循环；

S3、关闭变频器过压抑制功能，设置能量回馈单元动作电压；

S4、当变频器减速时电机工作于电动状态，能量逆向流回变频器使得母线电压升高，达到能量回馈单元动作电压后，能量回馈单元将开始工作，将母线电压逆变成电源侧交流电压，使得能量回馈到电网。

进一步的，所述变频器减速过程如下，压缩机转子动能中有一部分转化为电能，并流回变频器，其中大部分通过能量回馈单元流回电网，少部分通过使直流母线电压升高，存储于变频器直流电容上。相对于现有技术，本发明创造所述的一种VPSA用离心压缩泵的变频控制系统及方法具有以下优势：

（1）本发明所述的变频控制子系统核心部分由变频器和输出滤波器构成，并可采用不同选配元件可构成三种不同实现方式。整个工艺过程中变频器始终以速度控制方式运行，通过合理设置压缩、吸附、抽空、吹扫四个工艺阶段目标速度和加减速时间，来实现工艺过程，可有效提高启停过程平稳性和可靠性。

（2）本发明所述的采用母线电压过压抑制方法，或者在变频器母线上装设能耗制动单元，或在变频器直流母线与输入电源之间装设能量回馈单元，并合理设置相关参数，可防止减速时变频器直流母线发生过压，并对吸附和吹扫阶段减速时多余的转子动能进行全部或部分回收，加快转速响应速度，提高系统整体效率。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例所述的过压抑制方式控制系统构成示意图；

图2为本发明创造实施例所述的能耗制动方式控制系统构成示意图；

图3为本发明创造实施例所述的能量回馈方式控制系统构成示意图；

图4为本发明创造实施例所述的VPSA工艺中四个阶段压缩机转速曲线示意图；

图5为本发明创造实施例所述的能量回馈方式实测波形示意图；

图6为本发明创造实施例所述的能耗单元结构图一；

图7为本发明创造实施例所述的能耗单元结构图二；

图8为本发明创造实施例所述的箱体结构图；

图9为本发明创造实施例所述的箱盖结构图；

图10为本发明创造实施例所述的散热风扇仰视图。

附图标记说明：

1、电源；2、变频器；3、输出滤波器；4、压缩机电机；5、能耗制动单元；6、能量回馈单元；51、箱体；52、箱盖；53、散热风扇；531、第二把手；532、插头；511、T型槽；512、第一矩形槽；513、第二矩形槽；514、安装板；5141、插座；521、插盖；522、翻盖；523、铰接轴；5221、第一把手；5211、第一固定螺栓；5212、第二固定螺栓；5213、T型滑块；5214、第一固定板；5215、第二固定板。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

如图1至图10所示，一种VPSA用离心压缩泵的变频控制系统，包括电源1、压缩机电机4、以及用于控制压缩机电机4的变频控制子系统；

所述变频控制子系统包括变频器2、输出滤波器3；

所述变频器2一端连接电源1，另一端连接输出滤波器3一端，所述输出滤波器3另一端连接压缩机电机4。

所述变频器2一端连接有减速控制单元。

如图1至图3所示，所述变频器2包括电源连接端、电机连接端、通讯端，所述电源1连接端包括R、S、T引脚，所述电源1分别与R、S、T引脚对应设有三条母线，所述三条母线与R、S、T引脚连接，所述电机连接端包括U、V、W引脚，所述压缩机电机4分别设有与U、V、W引脚相对应的引脚，所述压缩机电机4通过线路与电机连接端连接，所述输出滤波器3连接在变频器2与压缩机电机4之间，所述减速控制单元连接变频器2的通讯端。

如图2所示，所述减速控制单元为能耗制动单元5，所述能耗制动单元为英威腾DBU-315-4型号；

所述能耗制动单元5包括制动单元正极端、制动单元负极端，所述制动单元正极端连接通讯端的P引脚，所述制动单元负极端连接通讯端的N引脚。

如图3所示，所述减速控制单元为能量回馈单元6,所述能量回馈单元为英威腾RBU-160-4型号；

所述能量回馈单元6包括导能量回馈单元电源端、能量回馈单元正极端、能量回馈单元负极端，所述能量回馈单元电源端对应连接在电源1与变频器2之间的三条母线上，所述能量回馈单元正极端连接变频器2通讯端的P引脚，所述能量回馈单元负极端连接变频器2的N引脚。

如图6至图10所示，所述减速控制单元包括箱体51、可拆卸安装在箱体51内的散热风扇53、以及固定在箱体51上的箱盖52；

所述箱体51上设有T型槽511，所述箱盖52包括插盖521、与插盖521铰接的翻盖522，所述插盖521上设有与箱体51相对应的T型滑块5213，所述插盖521插接在箱体51上；

所述箱体51内安装有安装板514，所述安装板514顶部设有插座5141，所述散热风扇53底部设有与插座5141对应的插头532，所述散热风扇53与安装板514可拆卸连接，所述散热风扇53安装在安装板514上方位于翻盖522下方。

如图6至图10所示，所述箱体51为U型件结构，设有开口一侧的侧壁上对称两条T型槽511，所述箱体51顶部设有第一矩形槽512，所述插盖521为L型结构，包括第一固定板5214、第二固定板5215，所述第二固定板5215垂直于第一固定板5214，所述翻盖522与第二固定板5215一端铰接，所述第一矩形槽512大小与第二固定板5215、翻盖522大小相同，所述第二固定板5215、翻盖522安装在第一矩形槽512内，所述第一固定板5214内壁延伸出与T型槽511相对应的T型滑块5213，所述第一固定板5214插接在T型槽511内；

所述第一固定板5214外壁上设有第一螺纹孔、第二螺纹孔，所述第一螺纹孔设置在第一固定板5214邻近顶部处，所述第一螺纹孔贯穿第二固定板5215，所述翻盖522与第二固定板5215铰接端设有与第一螺纹孔相对应的第三螺纹孔，所述第一螺纹孔与第三螺纹孔内安装有第一固定螺栓5211，所述第一固定螺栓5211贯穿第二固定板5215、第一固定板5214、翻盖522，所述第一固定螺栓5211将翻盖522与插盖521固定；

所述第二螺纹孔设置在第一固定板5214邻近底部处，所述第二螺纹孔贯穿T型滑块5213，所述箱体51的T型槽511内设有与第二螺纹孔相对应的第四螺纹孔，第二螺纹孔与第四螺纹孔内安装有第二固定螺栓5212，所述第二固定螺栓5212将插盖521固定在箱体51上；

所述箱体51顶部还设有第二矩形槽513，所述第二矩形槽513位于第一矩形槽512下方，与第一矩形槽512相通，所述第二矩形槽513大小与散热风扇53大小相对应，所述散热风扇53安装在第二矩形槽513内，所述散热风扇53位于翻盖522的下方，所述安装板514安装在第二矩形槽513下方，所述安装板514顶部与第二矩形槽513底部贴合，所述插座5141与插头532进行插接。

如图1至图3所示，基于一种VPSA用离心压缩泵的变频控制系统的方法，包括以下步骤：

S1、启动系统，使变频器2处于连续速度控制工作状态；

S2、设置变频器2的加速和减速的时间，按压缩、吸附、抽空、吹扫四个阶段设置四个不同目标速度，并不断循环；压缩和抽空阶段目标速度N₁、N₃即为该阶段工艺要求的压缩机转速n₁、n₃ ，即N₁= n₁, N₃= n₃，吸附、吹扫阶段的目标速度N₂、N₄比该阶段工艺允许的最高转速n₂、n₄ 略低，即N₂< n₂，N₄< n₄；

S3、开启变频器2的过压抑制功能，设置过压抑制点要高于正常工作时母线电压值，且低于母线过压保护动作值；

S4、当变频器2减速时电机工作于电动状态，能量逆向流回变频器2使得母线电压升高，在达到过压抑制点后，变频器2会自动调节减速制动转矩，防止流向变频器能量过度，保证变频器不会发生过压故障停机。

如图1至图3所示，基于一种VPSA用离心压缩泵的变频控制系统的方法，所述减速控制单元为能耗制动单元，包括以下步骤：

S1、启动系统，使变频器2处于连续速度控制工作状态；

S2、设置变频器2的加速和减速的时间，按压缩、吸附、抽空、吹扫四个阶段设置四个不同目标速度，并不断循环；压缩和抽空阶段目标速度N₁、N₃即为该阶段工艺要求的压缩机转速n₁、n₃ ，即N₁= n₁, N₃= n₃；吸附、吹扫阶段的目标速度N₂、N₄比该阶段工艺允许的最高转速n₂、n₄ 略低，即N₂< n₂，N₄< n₄；

S3、关闭变频器2过压抑制功能，设置能耗制动单元5动作电压；

S4、当变频器2减速时电机工作于电动状态，能量逆向流回变频器2使得母线电压升高，达到能耗制动单元5动作电压后，能耗制动单元5将接通制动电阻对母线上电压进行泄放。

如图1至图3所示，基于一种VPSA用离心压缩泵的变频控制系统的方法，所述减速控制单元为能量回馈单元，包括以下步骤：

S1、启动系统，使变频器2处于连续速度控制工作状态；

S2、设置变频器2的加速和减速的时间，按压缩、吸附、抽空、吹扫四个阶段设置四个不同目标速度，并不断循环；压缩和抽空阶段目标速度N₁、N₃即为该阶段工艺要求的压缩机转速n₁、n₃ ，即N₁= n₁, N₃= n₃。吸附、吹扫阶段的目标速度N₂、N₄比该阶段工艺允许的最高转速n₂、n₄ 略低，即N₂< n₂，N₄< n₄；

S3、关闭变频器2过压抑制功能，设置能量回馈单元6动作电压；

S4、当变频器2减速时电机工作于电动状态，能量逆向流回变频器2使得母线电压升高，达到能量回馈单元6动作电压后，能量回馈单元6将开始工作，将母线电压逆变成电源1侧交流电压，使得能量回馈到电网。

所述变频器2减速过程如下，压缩机转子动能中有一部分转化为电能，并流回变频器2，其中大部分通过能量回馈单元6流回电网，少部分通过使直流母线电压升高，存储于变频器2直流电容上。

具体实施方式：

控制系统包括一个变频器、一个输出滤波器；根据具体实现方式不同，可包含一个可选的能耗制动单元，或一个可选的能量回馈单元。

变频器用来控制电机转速，所述变频器包含变频器控制本体和直流电抗器或输入电抗器。

输出滤波器用来抑制输出电流谐波，减少电机发热，改善系统电磁兼容特性，可为L或LC等形式滤波器，也可不用。

能耗制动单元属于可选元件，用于在能耗制动实现方式下，消耗减速阶段转子动能，加快转速响应速度，防止变频器母线过电压；

所述能耗制动单元包含能耗制动控制本体和制动电阻。

能量回馈单元属于可选元件，用于在能量回馈实现方式下，回收减速时转子动能到电网，加快转速响应速度，防止母线过电压，提高系统效率；

所述能量回馈单元包括能量回馈控制本体和回馈耦合电抗器。

变频控制子系统及方案有三种具体实现方式，每种方式选配元件、控制方法有所差异。下面介绍时，对三种实现方式相同部分进行统一介绍，有差异部分按照方式一、方式二、方式三作以区分。

系统启动后，使变频器处于连续工作状态，始终工作于速度控制模式下。

变频器的加速和减速时间可根据工艺的速度响应要求分别独立设置，还可通讯方式动态调整变频器的加减速时间，实现压缩和抽真空阶段加速时间互不相同，吸附和吹扫阶段减速时间互不相同。

按压缩、吸附、抽空、吹扫四个阶段设置四个不同目标速度，并不断循环；压缩和抽空阶段目标速度N₁、N₃，即为该阶段工艺要求的压缩机转速n₁、n₃ ，即N₁= n₁, N₃= n₃；吸附、吹扫阶段的目标速度N₂、N₄比该阶段工艺允许的最高转速 n₂、n₄ 略低，即N₂< n₂，N₄< n₄；

各阶段目标速度由工艺要求压力值及压缩机特性得到。速度可以通过通讯、模拟量端子通过上级PLC给定，也可以利用变频器内置多段速PLC功能实现。

方式一：过压抑制控制方式

如图1所示，系统构成包含变频器和输出滤波器，电源接变频器输入端，变频器输出端经输出滤波器接高速电机（配置输出滤波器），或直接接高速电机（不配置输出滤波器）。

开启变频器的过压抑制功能，设置过压抑制点要高于正常工作时母线电压值，且低于母线过压保护动作值。

当变频器减速时电机工1作于电动状态，能量逆向流回变频器使得母线电压升高，在达到过压抑制点后，变频器会自动调节减速制动转矩，防止流向变频器能量过度，保证变频器不会发生过压故障停机。

设变频器直流母线电解电容容量为C，正常工作时母线电压为U₁，减速时母线电压 升高为U₂，则减速阶段，压缩机转子动能中有一部分转化为电能，并流回变频器存储于直流 母线电容中，其值大小为：；

该部分能量的回收一方面对压缩机提供了制动转矩，使其减速更快，另一方面在下一阶段加速时可被使用，减少了能量浪费，提高了系统的效率。过压抑制值设定要在保证母线不过压情况下尽可能高，这样能多回收能量，提高整体效率。

方式二：能耗制动方式

如图2所示，系统构成包含变频器、输出滤波器、能耗制动单元，电源接变频器输入端，变频器输出端经输出滤波器接高速电机（配置输出滤波器），或直接接高速电机（不配置输出滤波器），能耗制动单元接在变频器直流母线正负端子上。

关闭变频器过压抑制功能，设置能耗制动单元动作电压设定要高于正常工作时母线电压值，且低于母线过压保护动作值。

当变频器减速时电机工作于电动状态，能量逆向流回变频器使得母线电压升高，在达到能耗制动单元动作电压后，能耗制动单元将接通制动电阻对母线上电压进行泄放，保证变频器不会发生过压故障停机。

设变频器直流母线电解电容容量为C，正常工作时母线电压为U₁，能耗制动单元动 作电压为U₃，则减速阶段，压缩机转子动能中有一部分转化为电能，并流回变频器，其中一 部分被能耗单元消耗掉，一部分存储于直流母线电容中，其值大小为：；

该部分能量的回收一方面对压缩机提供了制动转矩，使其减速更快，另一方面在下一阶段加速时可被使用，减少了能量浪费，提高了系统的效率，能耗制动单元设定电压要在保证母线不过压情况下尽可能高，从而多回收能量，提高整体效率。

由于能耗制动单元可将减速阶段回流能量消耗在电阻上，这使得变频器减速制动转矩不受母线电压限制，从而可以大大提高减速响应速度，有利于工艺过程。

方式三：能量回馈方式

如图3所示，系统构成包含变频器、输出滤波器、能量回馈单元，电源接变频器输入端，变频器输出端经输出滤波器接高速电机（配置输出滤波器），或直接接高速电机（不配置输出滤波器），能量制动单元接在变频器直流母线正负端子与输入电源之间。

关闭变频器过压抑制功能，设置能量回馈单元动作电压设定要高于正常工作时母线电压值，且低于母线过压保护动作值。

当变频器减速时电机工作于电动状态，能量逆向流回变频器使得母线电压升高，在达到能量回馈单元动作电压后，能量回馈单元将开始工作，将母线电压逆变成电源侧交流电压，使得能量回馈到电网，保证变频器不会发生过压故障停机。

减速过程，压缩机转子动能中有一部分转化为电能，并流回变频器，其中大部分通过能量回馈单元流回电网，少部分通过使直流母线电压升高，存储于变频器直流电容上。这两部分能量都属于被回收能量，因此可极大提高系统效率。

由于能量回馈单元可将减速阶段回流能量回馈到电网，这使得变频器减速制动转矩不受母线电压限制，可完全按照变频器设置减速时间进行减速，从而可以大大提高减速响应速度，优化工艺过程。如果将变频器减速时间设置越小，则高速电机直驱压缩机减速越快，通过叶轮消耗在气体上的转子动能也越少，从而可以回收更多的转子动能，提高系统的整体效率，但是要注意减速过程要在叶轮及电机转子机械强度承受范围内。

应用上述控制系统及其控制方法控制离心式压缩泵，可以使压缩机速度切换更加平稳，响应更快，优化工艺性能，减少变频器故障停机几率，提高了系统可靠性，减小了能量消耗，提高了效率。

以方式三能量回馈方式为例，介绍其具体实施过程。

如图3所示，控制系统组成及连接方式，包括一个三相变频器，一个输出滤波器，一个能量回馈单元；变频器输入接电源，输出经滤波器接电机，能量回馈单元输入接变频器直流母线正负端子，输出经其内部（也可外置）耦合并网耦合电抗器接三相电源。

设置变频器工作于速度控制模式下，采用连续工作模式，启动后除非工艺停止，否则不停机；可根据实际选择带编码器控制或无传感器控制方式。

变频器的加减速时间按照工艺要求，经测试后独立设置；加减速曲线可根据工艺要求选择直线启动或S曲线启动。

关闭变频器过压抑制功能，设置能量回馈单元动作电压设定高于变频器正常工作母线电压，低于母线过压保护定值；为了增加回收转子能量，在保证机械压缩机机械强度情况下减速时间尽可能设小。

如图4所示，变频器给定速度曲线，按照工艺要求得到VPSA压缩、吸附、抽空、吹扫阶段目标速度分别为N₁、N₂、N₃、N₄，持续时间分别为T₁，T₂，T₃，T₄。上级PLC通过AI端子或者通讯，在启动时刻修改变频器目标速度为N₁；经过时间T₁后，修改变频器速度为N₂；经过时间T₂后修改变频器速度为N₃；经过时间T₃后修改变频器目标速度为N₄；经过时间T₄后再次修改变频器目标速度为N₁，如此不断循环；也可通过变频器内置简易PLC和多段速功能达到同样转速给定效果。

启动变频器后系统即可按照给定速度曲线进行快速加减速，实现工艺过程，同时由于能量回馈单元存在，减速阶段速度响应快，变频器不会发生过电压，转子动能可通过经变频器变化为电能，其中少部分存于电压升高的电容中，大部分经能量回馈单元回馈到电网。

如图5所示，图中为利用能量回馈方式实测波形，可以看到加速和恒速阶段实际转速能很好跟踪给定转速，在减速期间，转速能在加速前降低到给定速度以下。同时在减速期间，电源侧装的功率表测的功率为负，说明有能量被回收到了电网，提高了效率。

减速控制单元箱体结构如下：

所述风扇与箱体51为可拆卸安装，所述箱盖52的T型滑块5213与箱体51的T型槽511进行插接，所述第一固定螺栓5211贯穿第二固定板5215、翻盖522，翻盖522上设有螺纹孔，通过第一固定螺栓5211与螺纹孔连接，将翻盖522固定在第二固定板5215上，第二固定螺栓5212贯穿第一固定板5214、T型滑块5213，与箱体51的T型槽511内的螺纹孔进行连接，通过第二固定螺栓5212将箱盖52整体固定在箱体51上，由于翻盖522与第二固定板5215为铰接，当第一固定螺栓5211贯穿第二固定板5215与翻盖522连接时，翻盖522将被固定；

所述散热风扇53嵌入到第二矩形槽513内，需要拆卸清理时，将第一固定螺栓5211松开，使翻盖522可进行翻转，翻盖522上设有第一把手5221，握住第一把手5221将翻盖522翻起，散热风扇53上设有两个第二把手531，握住两个第二把手531将散热风扇53取出，使插头532脱离插座5141，使用时在进行安装。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。