變頻器在回饋制動(dòng)中的應(yīng)用分析

1、引言

在一般的異步交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)中，電動(dòng)機(jī)大都處于電動(dòng)狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)需要向電網(wǎng)吸收能量，但是由于負(fù)載的不同，在有些負(fù)載需要電動(dòng)機(jī)快速制動(dòng)，或者負(fù)載具有一定的位置勢能時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)就有可能處于發(fā)電狀態(tài)。如果電動(dòng)機(jī)直接接到電網(wǎng)時(shí)，電機(jī)發(fā)出的電向電網(wǎng)回饋，但是這樣對(duì)電網(wǎng)有較大的影響，如果電機(jī)由變頻器拖動(dòng)時(shí)，由于變頻器有中間儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，其儲(chǔ)能是有限的，故電機(jī)發(fā)電狀態(tài)時(shí)對(duì)變頻器有較大的威脅。變頻器在處理電機(jī)的再生發(fā)電時(shí)，有多種制動(dòng)方法，如能耗制動(dòng)、儲(chǔ)能制動(dòng)、回饋制動(dòng)等。對(duì)能耗制動(dòng)方法，電機(jī)發(fā)出的電會(huì)白白的浪費(fèi)，同時(shí)能耗電阻會(huì)經(jīng)常損壞；儲(chǔ)能制動(dòng)方法中儲(chǔ)能也是有限的，同樣對(duì)變頻器有威脅，能量回饋是處理再生發(fā)電的好方法，又是制動(dòng)的好方法。它保證了變頻器的安全、節(jié)約了能量、同時(shí)增強(qiáng)了電機(jī)的制動(dòng)功能。本文將對(duì)能量回饋的技術(shù)問題作一些討論。

2、簡單的實(shí)施方案

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖1所示，由LC濾波、逆變塊A、母線電容C、逆變塊B和逆變塊A的控制系統(tǒng)組成。

電機(jī)一般工作在電動(dòng)狀態(tài)下，逆變塊A作為整流用，在發(fā)電狀態(tài)下，作為逆變回饋用，電機(jī)發(fā)電時(shí)，通過逆變塊B中IGBT反并聯(lián)的二極管整流，整流電壓加在母線電容C上，如果發(fā)電功率較大時(shí)，母線電壓就會(huì)上升，直接威脅到整個(gè)系統(tǒng)的安全，這樣就需要啟動(dòng)逆變塊A將多余的能量經(jīng)過電感電容回饋到電網(wǎng)。電感將承受直流母線電壓和電網(wǎng)線電壓的差值，同時(shí)電感將緩沖諧波的無功功率。

要完成回饋制動(dòng)，需要完成三方面的工作：1）檢測電壓何時(shí)開始回饋；2）保持回饋制動(dòng)時(shí)與電網(wǎng)同頻同相；3）回饋制動(dòng)時(shí)限制回饋電流的大小。

2.1 電壓的檢測

在電壓檢測中，主要檢測直流母線電壓和電網(wǎng)電壓，檢測電網(wǎng)電壓時(shí)，一般需要考慮電網(wǎng)的波動(dòng)，根據(jù)變頻器的中間環(huán)節(jié)所能承受的直流電壓，再利用回饋制動(dòng)時(shí)，電網(wǎng)允許向上波動(dòng)+20%，由此在直流電壓檢測時(shí)，在電壓值為（1.2*√2）倍的電網(wǎng)線電壓有效值時(shí)可以啟動(dòng)逆變塊A工作，進(jìn)入回饋制動(dòng)狀態(tài)。

2.2 電網(wǎng)頻率和相位檢測

在回饋制動(dòng)中，是否有效地回饋能量，關(guān)鍵是保證與電網(wǎng)同頻、同相，并且回饋時(shí)要保證電網(wǎng)輸出正電壓時(shí)，輸出負(fù)電流。其次，在回饋時(shí)要盡量選取電網(wǎng)線電壓的高電壓段，如圖2所示，這樣當(dāng)回饋電流一定時(shí)可以獲得較大的能量回饋功率。

設(shè)定逆變塊A中的功率器件的開關(guān)狀態(tài)要求與電網(wǎng)同步，同步信號(hào)如圖2中（B）所示，下面是一種簡單的同步信號(hào)控制方式，可以簡單的得到V1-V6的同步方波脈沖。

2.3 回饋電流的控制

在回饋制動(dòng)中，合理的控制回饋電流大小也是至關(guān)重要，回饋電流的大小必須滿足能量回饋功率的要求，如果系統(tǒng)回饋功率小于電機(jī)在發(fā)電狀態(tài)時(shí)的輸出功率，在變頻器的直流母線上電壓就會(huì)繼續(xù)升高。由于電網(wǎng)電壓是一定的，系統(tǒng)回饋功率的大小是由回饋電流的大小決定的。另外回饋電流的大小必須控制在所使用的IGBT的額定范圍內(nèi)。

回饋制動(dòng)時(shí)，回饋電流變化速度較快，就需要采用有效的控制方式，一般采用滯環(huán)電流比較法控制，見如下框圖4所示：

3、工程應(yīng)用

我們利用這種回饋制動(dòng)方法在新疆瑪納斯縣永安煤業(yè)有限公司安裝了一臺(tái)380V75KW提升負(fù)載的變頻器，從現(xiàn)場應(yīng)用看：

回饋制動(dòng)時(shí)可達(dá)到40A左右的電流，變頻器采用滯環(huán)電流比較法回饋制動(dòng)的方式，母線電壓比設(shè)定的基準(zhǔn)電壓高出多少即回饋多少，當(dāng)高于645V時(shí)啟動(dòng)回饋制動(dòng)，讓能量回饋到電網(wǎng)從而保證了變頻器安全工作。通過檢測母線電壓，看不到有較大的電壓波動(dòng)。回饋到電網(wǎng)波形比較好，采用適當(dāng)?shù)腖C濾波后，對(duì)電網(wǎng)基本造成不了污染，濾波效果較好。節(jié)能效果也明顯，與工頻比較，綜合節(jié)電率約在30%左右。75KW的提升機(jī)用變頻后可直接采用普通的鼠籠式電機(jī)拖動(dòng)，可以平滑的進(jìn)行調(diào)速，而可以不用繞線式電機(jī)，同時(shí)鼠籠式電機(jī)價(jià)格要比繞線式電機(jī)便宜1/3左右，因此可降低用戶的投資費(fèi)用，維護(hù)起來也比較方便。采用變頻調(diào)速后，甩掉了原工頻用的速度段切換交流接觸器及調(diào)速電阻，使工人的操作環(huán)境大為改善，調(diào)速平滑，減輕了對(duì)電網(wǎng)及換擋的沖擊，電流變化平穩(wěn)，這是原工頻狀態(tài)所無法比擬的。

4、結(jié)束語

變頻器如果所驅(qū)動(dòng)的是提升機(jī)類負(fù)載，變頻器應(yīng)具備多種制動(dòng)手段，回饋制動(dòng)是重要的一種。我公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌提升機(jī)專用變頻器上成功地應(yīng)用了回饋制動(dòng)，取得了很好的效果?；仞伳芰康牟ㄐ伪仨毢茫仞佅辔槐仨殰?zhǔn)確，否則回饋會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，技術(shù)關(guān)鍵在于此。