變頻器制動分析論文

1、變頻器制動分析論文摘要:簡要介紹了動力制動、回饋制動的特點，較詳細(xì)的說明了電容反饋制動的原理、特點及應(yīng)用場合等。 Abstract：Thecharacteristicoftheenergybrakeandfeedbackbrakeisbrieflyintroduced,and detailedintroductionontheoperationprinciple,characteristicandapplicationofthe electrolytecapacitancebrakeisgiven. 關(guān)鍵詞:變頻器能量回饋電容反饋制動 Keywords:InverterEnergyfeedba

2、ckEectro-capacitancefeedbackbrake 中圖分類號TP273文獻(xiàn)標(biāo)識碼B文章編號1561-0330(2003)06-00 1引言 在通用變頻器、異步電動機(jī)和機(jī)械負(fù)載所組成的變頻調(diào)速傳統(tǒng)系統(tǒng)中，當(dāng)電動機(jī)所傳動的位能負(fù)載下放時，電動機(jī)將可能處于再生發(fā)電制動狀態(tài)；或當(dāng)電動機(jī)從高速到低速（含停車）減速時，頻率可以突減，但因電機(jī)的機(jī)械慣性，電機(jī)可能處于再生發(fā)電狀態(tài)，傳動系統(tǒng)中所儲存的機(jī)械能經(jīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)換成電能，通過逆變器的六個續(xù)流二極管回送到變頻器的直流回路中。此時的逆變器處于整流狀態(tài)。這時，如果變頻器中沒采取消耗能量的措施，這部分能量將導(dǎo)致中間回路的儲能電容器的電壓上升。如果

3、當(dāng)制動過快或機(jī)械負(fù)載為提升機(jī)類時，這部分能量就可能對變頻器帶來損壞，所以這部分能量我們就應(yīng)該考慮考慮了。 在通用變頻器中，對再生能量最常用的處理方式有兩種：(1)、耗散到直流回路中人為設(shè)置的與電容器并聯(lián)的“制動電阻”中，稱之為動力制動狀態(tài)；(2)、使之回饋到電網(wǎng)，則稱之為回饋制動狀態(tài)（又稱再生制動狀態(tài)）。還有一種制動方式，即直流制動，可以用于要求準(zhǔn)確停車的情況或起動前制動電機(jī)由于外界因素引起的不規(guī)則旋轉(zhuǎn)。 在書籍、刊物上有許多專家談?wù)撨^有關(guān)變頻器制動方面的設(shè)計與應(yīng)用，尤其是近些時間有過許多關(guān)于“能量回饋制動”方面的文章。今天，筆者提供一種新型的制動方法，它具有“回饋制動”的四象限運轉(zhuǎn)、運行效率

4、高等優(yōu)點，也具有“能耗制動”對電網(wǎng)無污染、可靠性高等好處。 2能耗制動 利用設(shè)置在直流回路中的制動電阻吸收電機(jī)的再生電能的方式稱為能耗制動，如圖1所示。 其優(yōu)點是構(gòu)造簡單；對電網(wǎng)無污染（與回饋制動作比較），成本低廉；缺點是運行效率低，特別是在頻繁制動時將要消耗大量的能量且制動電阻的容量將增大。 一般在通用變頻器中，小功率變頻器（22kW以下）內(nèi)置有了剎車單元，只需外加剎車電阻。大功率變頻器（22kW以上）就需外置剎車單元、剎車電阻了。 3回饋制動 實現(xiàn)能量回饋制動就要求電壓同頻同相控制、回饋電流控制等條件。它是采用有源逆變技術(shù)，將再生電能逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率同相位的交流電回送電網(wǎng)，從而實現(xiàn)制動如

5、圖2所示。 回饋制動的優(yōu)點是能四象限運行,如圖3所示，電能回饋提高了系統(tǒng)的效率。其缺點是：(1)、只有在不易發(fā)生故障的穩(wěn)定電網(wǎng)電壓下（電網(wǎng)電壓波動不大于10%），才可以采用這種回饋制動方式。因為在發(fā)電制動運行時，電網(wǎng)電壓故障時間大于2ms，則可能發(fā)生換相失敗，損壞器件。(2)、在回饋時，對電網(wǎng)有諧波污染。(3)、控制復(fù)雜，成本較高。 4新型制動方式（電容反饋制動） 4.1主回路原理 主回路原理圖如圖4所示。 整流部分采用普通的不可控整流橋進(jìn)行整流（如圖中的VD1VD6組成），濾波回路采用通用的電解電容（圖中C1、C2），延時回路采用接觸器或可控硅都行（圖中1）。充電、反饋回路由功率模塊IGBT

6、（圖中VT1、VT2）、充電、反饋電抗器L及大電解電容（容量約零點幾法，可根據(jù)變頻器所在的工況系統(tǒng)決定）組成。逆變部分由功率模塊IGBT組成（如圖VT5VT10）。保護(hù)回路，由IGBT、功率電阻組成。 (1)電動機(jī)發(fā)電運行狀態(tài) CPU對輸入的交流電壓和直流回路電壓d的實時監(jiān)控，決定向VT1是否發(fā)出充電信號，一旦d比輸入交流電壓所對應(yīng)的直流電壓值（如380VAC530VDC）高到一定值時，CPU關(guān)斷VT3，通過對VT1的脈沖導(dǎo)通實現(xiàn)對電解電容C的充電過程。此時的電抗器L與電解電容C分壓，從而確保電解電容C工作在安全范圍內(nèi)。當(dāng)電解電容C上的電壓快到危險值（比如說370V），而系統(tǒng)仍處于發(fā)電狀態(tài)，電

7、能不斷通過逆變部分回送到直流回路中時，安全回路發(fā)揮作用，實現(xiàn)能耗制動（電阻制動），控制VT3的關(guān)斷與開通，從而實現(xiàn)電阻R消耗多余的能量，一般這種情況是不會出現(xiàn)的。 (2)電動機(jī)電動運行狀態(tài) 當(dāng)CPU發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)不再充電時，則對VT3進(jìn)行脈沖導(dǎo)通，使得在電抗器L上行成了一個瞬時左正右負(fù)的電壓（如圖標(biāo)識），再加上電解電容C上的電壓就能實現(xiàn)從電容到直流回路的能量反饋過程。CPU通過對電解電容C上的電壓和直流回路的電壓的檢測，控制VT3的開關(guān)頻率以及占空比,從而控制反饋電流，確保直流回路電壓d不出現(xiàn)過高。 4.4系統(tǒng)難點 (1)電抗器的選取 (a)、我們考慮到工況的特殊性，假設(shè)系統(tǒng)出現(xiàn)某種故障，導(dǎo)致電機(jī)所

8、載的位能負(fù)載自由加速下落，這時電機(jī)處于一種發(fā)電運行狀態(tài)， 再生能量通過六個續(xù)流二極管回送至直流回路，致使d升高，很快使變頻器處于充電狀態(tài)，這時的電流會很大。所以所選取電抗器線徑要大到能通過此時的電流。 （b）、在反饋回路中，為了使電解電容在下次充電前把盡可能多的電能釋放出來，選取普通的鐵芯（硅鋼片）是不能達(dá)到目的的，最好選用鐵氧體材料制成的鐵芯，再看看上述考慮的電流值如此大，可見這個鐵芯有多大，素不知市面上有無這么大的鐵氧體鐵芯，即使有，其價格也肯定不會很低。 所以筆者建議充電、反饋回路各采用一個電抗器。 (2)控制上的難點 （a）、變頻器的直流回路中，電壓d一般都高于500VDC，而電解電容

9、的耐壓才400VDC，可見這種充電過程的控制就不像能量制動（電阻制動）的控制方式了。其在電抗器上所產(chǎn)生的瞬時電壓降為，電解電容的瞬時充電電壓為c=d-L，為了確保電解電容工作在安全范圍內(nèi)（400V），就得有效的控制電抗器上的電壓降L，而電壓降L又取決于電感量和電流的瞬時變化率。 （b）、在反饋過程中，還得防止電解電容所放的電能通過電抗器造成直流回路電壓過高，以致系統(tǒng)出現(xiàn)過壓保護(hù)。 4.5主要應(yīng)用場合及應(yīng)用實例 正是由于變頻器的這種新型制動方式（電容反饋制動）所具有的優(yōu)越性，近些來，不少用戶結(jié)合其設(shè)備的特點，紛紛提出了要配備這種系統(tǒng)。由于技術(shù)上有一定的難度，國外還不知有無此制動方式？國內(nèi)目前只有山東風(fēng)光電子公司由以前采用回饋制動方式的變頻器（仍有2臺在正常運行中）改用了這種電容反饋制動方式的新型礦用提升機(jī)系列，到目前為止，這種電容反饋制動的變頻器正長期正常運行在山東寧陽保安煤礦