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能量回馈技术

日期: 2018-08-08
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  近年来工业时代的发展,能量回馈技术的应用越来越普遍。在电梯、矿山提升机、港口起重机、工厂离心机、油田抽油机等许多场合,都会伴随着负载势能、动能的变化。例如在提升机、起重机等机械下放重物时势能会减小,离心机设备在停机时,动能会减小。根据能量守恒定律我们知道,能量是不会凭空消失的,那么这部分能量到哪里去了呢?答案是通过电机转换成为了再生电能。实际上,在采用变频调速的设备里,这部分电能一般是通过能耗制动电阻再转换为热能白白浪费掉了的。


  如果有一种装置,将这部分再生电能利用起来回送到电网,那么就可以省下这部分电能,起到节能降耗的效果,能量回馈装置就是这样一种产品。它使用的电力电子变换技术,其主要实现的作用就是将上述设备在运行过程中所产生的再生电能利用起来,并转换为同步的交流电能回送到电网,起到节电的效果。


  在通用变频器、 异步电动机和机械负载所组成的变频调速传统系统中,当电动机所传动的位能负载下放时,电动机将可能处于再生发电制动状态;或当电动机从高速到低速(含停车)减速时,频率可以突减,但因电机的机械惯性,电机可能处于再生发电状态,传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能,通过逆变器的六个续流二极管回送到变频器的直流回路中。此时的逆变器处于整流状态。这时,如果变频器中没采取消耗能量的措施,这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升。如果当制动过快或机械负载为提升机类时,这部分能量就可能对变频器带来损坏,如何把这部分能量转化应用起来成为应该考虑的问题。


  在通用变频器中,对再生能量最常用的处理方式有两种:

  (1)耗散到直流回路中人为设置的与电容器并联的“制动电阻”中,称之为动力制动状态;

  (2)使之回馈到电网,则称之为回馈制动状态(又称再生制动状态)。还有一种制动方式,即直流制动,可以用于要求准确停车的情况或起动前制动电机由于外界因素引起的不规则旋转。


  能耗制动

  利用设置在直流回路中的制动电阻吸收电机的再生电能的方式称为能耗制动。其优点是构造简单,对电网无污染(与回馈制动作比较),成本低廉;缺点是运行效率低,特别是在频繁制动时将要消耗大量的能量且制动电阻的容量将增大。

  一般在通用变频器中,小功率变频器(22kW以下)内置有了刹车单元,只需外加刹车电阻。大功率变频器(22kW以上)就需外置刹车单元、刹车电阻了。


  回馈制动  

  实现能量回馈制动就要求电压同频同相控制、回馈电流控制等条件。它是采用有源逆变技术,将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网,从而实现制动。

  回馈制动的优点是能四象限运行,电能回馈提高了系统的效率。其缺点是:

  (1)只有在不易发生故障的稳定电网电压下(电网电压波动不大于10%),才可以采用这种回馈制动方式。因为在发电制动运行时,电网电压故障时间大于2ms,则可能发生换相失败,损坏器件。

  (2)在回馈时,对电网有谐波污染。

  (3)控制复杂,成本较高。


  随着国内外对变频器的研究和应用取得飞速的进步,尤其是通用变频器在工业生产中得到了广泛的应用,能量回馈技术必将越来越得到重用。


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