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能量回馈技术助变频调速降低成本

日期: 2018-12-04
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  变频器能量回馈装置供应商提醒您:在变频器、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,处理变频器再生能量的方法有两种:一种是电阻泄能法;另一种是逆变回馈法。逆变回馈法是由全控开关元件构成的"双PWM"结构,由于成本高,限制了其推广使用。下面介绍一种新型变频器再生能量的回馈方法。


  能量回馈工作原理


  再生能量的回馈是将电机处于再生制动状态产生的积聚在滤波电容两端的电能回馈到电网。作为一个回馈电路,应满足两个条件:

  (1)变频器正常工作时,回馈装置不工作,只有当直流母线电压高于一定值时,回馈装置才工作。而当直流母线电压回落到正常值时,回馈装置应及时关闭,否则会加重整流电路的负担。


  (2)逆变回馈电流应能被控制。


  逆变部分


  V1~V6晶闸管组成三相桥式逆变电路。晶闸管具有成本低,控制简单,工作可靠,技术成熟等优点。但晶闸管是半控元件,由晶闸管组成的逆变电路必须保证最小逆变角大于30°,否则,易导致逆变失败,但这样使得直流母线正常电压高于逆变电压。由晶闸管构成的逆变电路可以通过发出触发脉冲的方式启动逆变,但不能通过取消触发脉冲的方式来使逆变停止。若逆变时取消触发脉冲,将会导致逆变失败的严重后果。因此,必须采用切断直流电路的方法来使逆变停止。


  VT的作用有两个:一是用来控制逆变电路的启或停。当VT导通时,直流电压加到逆变桥上,开始逆变;当VT关断时,切断了直流电路,逆变停止(此时,触发脉冲可有可无)。直流母线正常电压大约为DC600V(考虑到电网电压±10%的浮动)。逆变的启停取决于直流母线电压的大小,并采用滞环控制,当直流母线电压高于1.2×600V时,启动逆变,而低于1.1×600V时,关闭逆变。VT的另一个作用是控制逆变电流的大小。


  逆变电流的控制


  逆变时,直流母线电压与逆变电压同极性并联,母线电压高于逆变电压,电感L用于平衡压差。VT的控制可采用PWM式电流滞环控制方式,这里采用的是电流滞环方式。


  当iL< IΑL-IL时,VT导通;直流电压正加到电感L和逆变桥上,形成路径①的电流,电流iL开始上升;当iL上升到大于I 3 L+IL时,关断VT,电感通过二极管D续流,电流iL开始下降,当iL下降到I 3 L -IL时,VT又重新导通,iL又开始上升。通过VT的通,断变化,使逆变电流iL维持一个设定值I 3,且无论逆变电压的峰值如何变化,由于采用了高频开关控制方式,电感L可以取得很小。


  综上所述,VT的导通应同时满足两个条件:(1)直流电压Uc高于所设定的电压上限时;(2)逆变电流iL小于所设定的电流下限时。


  VT的关断应满足下面两个条件之一:(1)直流电压Uc低于所设定的电压下限;(2)逆变电流iL大于所设定的上限时。


  为了避免VT开关过于频繁,电压Uc,电流iL都采用滞环控制方式,环宽即为所设定的上,下限之差。


  电感的计算


  为简化计算,忽略逆变电压VdΒ瞬时值的变化,认为是恒定的量,则有下式:L diL dt =Uc-UdΒ解上式得:t1= 2ILL Uc-UdΒ式中:IL――电流滞环宽度;


  Uc――直流电压;UdΒ――逆变电压平均值。


  在t2区间,VT关断,电压通过D续流。


  则有下式:L diL dt =-UdΒ 解得:t2= 2ILL UdΒ 则斩波周期:T=t1+t2= 2ILLUc UdΒ(Uc-UdΒ) 斩波频率:f= UdΒ(Uc-UdΒ)IILLUc 电感:L= UdΒ(Uc-UdΒ)2ILUcf 上式表明:当f很高时,L很小。这一点是有别于一般的晶闸管逆变电路的。上式可以作为选择电感的依据。


  电容泄放电流的计算


  只有当VT导通时,电容才有泄放电流流出,故泄放电流的平均值为:Ic= t1 T I 3 L将上式代入斩波周期公式,得:Ic= UdΒUc I 3 L


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