变频器能量回馈单元应用
发布日期:
2020-12-14

  电力电气行业中变频器主要用于节能和改善生产工艺,作为电机节能和调速装置被广泛应用于冶金、电力、供水、石油、化工、煤炭等领域。而变频器能量回馈单元的本质是有源逆变,通用变频器能量回馈单元的实现方法是在通用变频器前级不控整流处反并联三相逆变器将再生能量馈送电网。能量回馈单元的主电路主要由晶闸管、IGBT及IPM模块等组成的逆变桥和一些外围电路组成。


  逆变桥的输出端通过三个扼流电抗器与变频器输入端子R、S、T相连,输入端则通过隔离二极管接通用变频器的直流侧正端,以保障能量在“变频器一有源逆变桥-电网”方向上的单向流动。扼流电抗器的作用是平衡压差、限流以及滤波,对再生能量回馈电网起关键作用。


  系统的工作过程是:当电机运行时,有源逆变装置不工作,逆变器开关管全被封锁,处于关断状态;当电机处于再生发电状态时,能量由电机回馈电网,这时需启动有源逆变装置工作。


  能量回馈时启动有源逆变装置是利用变频器直流侧电压Ud的大小来控制,其依据是当电机处于电动状态时,变频器直流侧电压基本保持恒定,当电机处于发电制动状态时,交流电动机的再生能量给变频器中间直流环节的储能电容充电,导致直流母线电压升高,只要检测出Ud的大小,就能判断出电动机的状态,从而控制有源逆变装置,实现能量回馈


  能量由电机回馈直流侧导致直流母线电压超过电网线电压峰值时,通用变频器整流桥由于承受反压而关断;当直流母线电压继续升高并超过启动有源逆变工作电压时,逆变器开始工作,将能量从直流侧回馈电网;当直流母线电压下降到关闭逆变器工作电压时,关闭有源逆变器。


  通用变频器在通过采用有源逆变方式把电动机减速制动时产生的再生能量回馈到电网后,可以克服传统通用变频器采用制动电阻方式而产生的低效并难以满足快速制动和频繁正/反转的不足,使通用变频器可在四象限运行。


  1)能量回馈控制系统


  一个完善的能量回馈控制系统应满足相位、电压、电流等三方面的控制条件,即要求回馈过程必须与电网相位保持同步关系,只有直流母线电压超过一定值时才启动有源逆变装置;系统应该能够控制回馈电流的大小,从而可以控制电机的制动转矩,实现精密制动。


  2)两种通用变频器能量回馈单元

  早些时侯的能量回馈单元的主电路多为晶闸管、IGBT组成,近年来,一些新型的能量回馈单元也有使用IPM等智能模块,简化了能量回馈单元的系统结构。


  (1)晶闸管能量回馈单元:

  能量回馈主电路由晶闸管器件组成,这也是较为早期的能量回馈单元,不仅在变频器上使用,也在一些直流可逆调速系统的制动中使用。

  ①通用变频器正向工作状态:当电机处于电动状态时,变频器的整流器在工作,而能量回馈单元中的晶闸管器件未触发,处于截止状态,整流器处于正向工作。逆变器的可控逆变部分被触发工作,不可控反向整流部分处于截止状态,逆变器处于正向工作。

  ②通用变频器反向工作状态:当电动机处于发电状态时,变频器的整流器处于截止状态,能量回馈单元中的晶闸管器件被触发工作。逆变器的可控逆变部分仍被触发工作,不可控反向整流部分处于工作状态,逆变器处于反向工作。


  (2)IGBT能量回馈单元:

  能量回馈主电路由IGBT器件组成,这种能量回馈单元在通用变频器上使用最多,IGBT器件集成在一起的续流二极管在接于直流侧的隔离二极管的限制下不能作为整流器件使用。其成本应当高于晶闸管能量回馈单元。

  ①通用变频器正向工作状态:当电动机处于电动状态时,变频器的整流器在工作,而能量回馈单元中的IGBT器件未被触发,处于截止状态,整流器处于正向工作。逆变器中的IGBT器件被触发工作,不可控反向整流部分处于截止状态,逆变器处于正向工作。

  ②通用变频器反向工作状态:当电动机处于发电状态时,变频器的整流器处截止状态,能量回馈单元中的IGBT器件被触发工作。逆变器的中的IGBT器件仍被触发工作,不可控反向整流部分处于工作状态,逆变器处于反向工作。

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