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回饋制動在變頻器中的應用

2014-04-11 14:42:23

  回饋制動在變頻器中的應用
  Application of feedback brake in the inverters

  山東新風光電子科技發展有限公司    尹彭飛(Yin Pengfei)

  摘要:本文討論了實現回饋制動的方法,介紹了其中的關鍵技術,回饋制動用到提升機變頻器上取得了很好的效果。
  關鍵字:回饋制動  礦用提升機  變頻器
  Abstract: This paper discusses the methods of realization for the feedback brake, Some key techniques are described . Application of feedback brake to the inverters for the mine-winding shaft acquires a good effect. .
  Key words:  feedback brake   mine-winding shaft   inverters
  1、引言
  在一般的異步交流電動機傳動中,電動機大都處于電動狀態,電動機需要向電網吸收能量,但是由于負載的不同,在有些負載需要電動機快速制動,或者負載具有一定的位置勢能時,異步電動機就有可能處于發電狀態。如果電動機直接接到電網時,電機發出的電向電網回饋,但是這樣對電網有較大的影響,如果電機由變頻器拖動時,由于變頻器有中間儲能環節,其儲能是有限的,故電機發電狀態時對變頻器有較大的威脅。變頻器在處理電機的再生發電時,有多種制動方法,如能耗制動、儲能制動、回饋制動等。對能耗制動方法,電機發出的電會白白的浪費,同時能耗電阻會經常損壞;儲能制動方法中儲能也是有限的,同樣對變頻器有威脅,能量回饋是處理再生發電的好方法,又是制動的好方法。它保證了變頻器的安全、節約了能量、同時增強了電機的制動功能。本文將對能量回饋的技術問題作一些討論。
  2、簡單的實施方案
  系統結構如下圖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的控制系統組成。
  電機一般工作在電動狀態下,逆變塊A作為整流用,在發電狀態下,作為逆變回饋用,電機發電時,通過逆變塊B中IGBT反并聯的二極管整流,整流電壓加在母線電容C上,如果發電功率較大時,母線電壓就會上升,直接威脅到整個系統的安全,這樣就需要啟動逆變塊A將多余的能量經過電感電容回饋到電網。電感將承受直流母線電壓和電網線電壓的差值,同時電感將緩沖諧波的無功功率。

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  要完成回饋制動,需要完成三方面的工作:1)檢測電壓何時開始回饋;2)保持回饋制動時與電網同頻同相;3)回饋制動時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電壓,檢測電網電壓時,一般需要考慮電網的波動,根據變頻器的中間環節所能承受的直流電壓,再利用回饋制動時,電網允許向上波動+20%,由此在直流電壓檢測時,在電壓值為(1.2*√2)倍的電網線電壓有效值時可以啟動逆變塊A工作,進入回饋制動狀態。
  2.2 電網頻率和相位檢測
  在回饋制動中,是否有效地回饋能量,關鍵是保證與電網同頻、同相,并且回饋時要保證電網輸出正電壓時,輸出負電流。其次,在回饋時要盡量選取電網線電壓的高電壓段,如圖2所示,這樣當回饋電流一定時可以獲得較大的能量回饋功率。

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

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  2.3 回饋電流的控制
  在回饋制動中,合理的控制回饋電流大小也是至關重要,回饋電流的大小必須滿足能量回饋功率的要求,如果系統回饋功率小于電機在發電狀態時的輸出功率,在變頻器的直流母線上電壓就會繼續升高。由于電網電壓是一定的,系統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。
  回饋制動時,回饋電流變化速度較快,就需要采用有效的控制方式,一般采用滯環電流比較法控制,見如下框圖4所示:

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  3、工程應用
  我們利用這種回饋制動方法在新疆瑪納斯縣永安煤業有限公司安裝了一臺380V75KW提升負載的變頻器,從現場應用看:
  回饋制動時可達到40A左右的電流,變頻器采用滯環電流比較法回饋制動的方式,母線電壓比設定的基準電壓高出多少即回饋多少,當高于645V時啟動回饋制動,讓能量回饋到電網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。回饋到電網波形比較好,采用適當的LC濾波后,對電網基本造成不了污染,濾波效果較好。節能效果也明顯,與工頻比較,綜合節電率約在30%左右。75KW的提升機用變頻后可直接采用普通的鼠籠式電機拖動,可以平滑的進行調速,而可以不用繞線式電機,同時鼠籠式電機價格要比繞線式電機便宜1/3左右,因此可降低用戶的投資費用,維護起來也比較方便。采用變頻調速后,甩掉了原工頻用的速度段切換交流接觸器及調速電阻,使工人的操作環境大為改善,調速平滑,減輕了對電網及換擋的沖擊,電流變化平穩,這是原工頻狀態所無法比擬的。
  4、結束語
  變頻器如果所驅動的是提升機類負載,變頻器應具備多種制動手段,回饋制動是重要的一種。我公司生產的風光牌提升機專用變頻器上成功地應用了回饋制動,取得了很好的效果。回饋能量的波形必須好,回饋相位必須準確,否則回饋會對電網造成沖擊,技術關鍵在于此。

 

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