回馈制动(变频器制动方式的一种)

回馈制动是变频器制动方式的一种,也是非常有效的节能方法。并且避免了制动时对环境及设备的破坏。在电力机车等行业中取得了令人满意的效果。在新型电力电子器件不断出现,性价比不断提高的情况下有着广阔的应用前景。回馈制动采用的是有源逆变技术,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。回馈制动时,回馈电流变化速度较快,就需要采用有效的控制方式,一般采用滞环电流比较法控制。回馈制动特别适用于电动机功率较大,如大于等于100kw,设备的转动惯量较大,且反复短时连续工作,从高速到低速的减速降幅较大,制动时间又短,需要强力制动的场合,如电力机车、采油等行业。

交流回馈制动

简介

回馈制动采用的是有源逆变技术,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。

要实现回馈制动,就必须要将回馈电能进行同频同相控制、回馈电流控制等条件,才能将回馈电能安全送达电网上。

原理

在变频调速系统中,电动机的减速和停止都是通过逐渐减小运行频率来实现的,在变频器频率减小的瞬间,电动机的同步转速随之下降,而由于机械惯性的原因,电动机的转子转速未变,或者说,它的转速变化是有一定时间滞后的,这时会出现实际转速大于给定转速,从而产生电动机反电动势高于变频器直流端电压的情况,这时电动机就变成发电机,非但不消耗电网电能,反而可以通过变频器专用型能量回馈单元向电网送电,这样既有良好的制动效果,又将动能转变化为电能,向电网送电而达到回收能量的效果。

工作过程

总述

要完成回馈制动,需要完成三方面的工作:1)检测电压何时开始回馈;2)保持回馈制动时与电网同频同相;3)回馈制动时限制回馈电流的大小。

电压的检测

在电压检测中,主要检测公共直流母线电压和电网电压,检测电网电压时,一般需要考虑电网的波动,根据变频器的中间环节所能承受的直流电压,再利用回馈制动时,电网允许向上波动+20%,由此在直流电压检测时,在电压值为(1.2*√2)倍的电网线电压有效值时可以启动逆变块A工作,进入回馈制动状态。

电网频率和相位检测

在回馈制动中,是否有效地回馈能量,关键是保证与电网同频、同相,并且回馈时要保证电网输出正电压时,输出负电流。其次,在回馈时要尽量选取电网线电压的高电压段,如图2所示,这样当回馈电流一定时可以获得较大的能量回馈功率。

设定逆变块A中的功率器件的开关状态要求与电网同步,同步信号如图2中(B)所示,下面是一种简单的同步信号控制方式,可以简单的得到V1-V6的同步方波脉冲。

优点

电动机直接接到电网时,电机发出的电向电网回馈,但是这样对电网有较大的影响,如果电机由变频器拖动时,由于变频器有中间储能环节,其储能是有限的,故电机发电状态时对变频器有较大的威胁。变频器在处理电机的再生发电时,有多种制动方法,如能耗制动、储能制动、回馈制动等。

对能耗制动方法,电机发出的电会白白的浪费,同时能耗电阻会经常损坏;储能制动方法中储能也是有限的,同样对变频器有威胁,能量回馈是处理再生发电的好方法,又是制动的好方法。它保证了变频器的安全、节约了能量、同时增强了电机的制动功能。

缺点

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。

控制

在回馈制动中,合理的控制回馈电流大小也是至关重要,回馈电流的大小必须满足能量回馈功率的要求,如果系统回馈功率小于电机在发电状态时的输出功率,在变频器的公共直流母线上电压就会继续升高。由于电网电压是一定的,系统回馈功率的大小是由回馈电流的大小决定的。

另外回馈电流的大小必须控制在所使用的IGBT的额定范围内。

回馈制动时,回馈电流变化速度较快,就需要采用有效的控制方式,一般采用滞环电流比较法控制。

适用场合

回馈制动特别适用于电动机功率较大,如大于等于100kw,设备的转动惯量较大,且反复短时连续工作,从高速到低速的减速降幅较大,制动时间又短,需要强力制动的场合,如电力机车、采油等行业。

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