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回馈制动在变频器中的应用

2014-04-11 14:42:23

  回馈制动在变频器中的应用
  Application of feedback brake in the inverters

  山东新风光电子科技发展有限公司    尹彭飞(Yin Pengfei)

  摘要:本文讨论了实现回馈制动的方法,介绍了其中的关键技术,回馈制动用到提升机变频器上取得了很好的效果。
  关键字:回馈制动  矿用提升机  变频器
  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
  在一般的异步交流电动机传动中,电动机大都处于电动状态,电动机需要向电网吸收能量,但是由于负载的不同,在有些负载需要电动机快速制动,或者负载具有一定的位置势能时,异步电动机就有可能处于发电状态。如果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。本文将对能量回馈的技术问题作一些讨论。
  2、简单的实施方案
  系统结构如下图1所示,由LC滤波、逆变块A、母线电容C、逆变块B和逆变块A的控制系统组成。
  电机一般工作在电动状态下,逆变块A作为整流用,在发电状态下,作为逆变回馈用,电机发电时,通过逆变块B中IGBT反并联的二极管整流,整流电压加在母线电容C上,如果发电功率较大时,母线电压就会上升,直接威胁到整个系统的安全,这样就需要启动逆变块A将多余的能量经过电感电容回馈到电网。电感将承受直流母线电压和电网线电压的差值,同时电感将缓冲谐波的无功功率。

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  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。
  2.1 电压的检测
  在电压检测中,主要检测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。
  2.2 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。

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  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。

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  2.3 回馈电流的控制
  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,见如下框图4所示:

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  3、工程应用
  我们利用这种回馈制动方法在新疆玛纳斯县永安煤业有限公司安装了一台380V75KW提升负载的变频器,从现场应用看:
  回馈制动时可达到40A左右的电流,变频器采用滞环电流比较法回馈制动的方式,母线电压比设定的基准电压高出多少即回馈多少,当高于645V时启动回馈制动,让能量回馈到电网从而保证了变频器安全工作。通过检测母线电压,看不到有较大的电压波动。回馈到电网波形比较好,采用适当的LC滤波后,对电网基本造成不了污染,滤波效果较好。节能效果也明显,与工频比较,综合节电率约在30%左右。75KW的提升机用变频后可直接采用普通的鼠笼式电机拖动,可以平滑的进行调速,而可以不用绕线式电机,同时鼠笼式电机价格要比绕线式电机便宜1/3左右,因此可降低用户的投资费用,维护起来也比较方便。采用变频调速后,甩掉了原工频用的速度段切换交流接触器及调速电阻,使工人的操作环境大为改善,调速平滑,减轻了对电网及换挡的冲击,电流变化平稳,这是原工频状态所无法比拟的。
  4、结束语
  变频器如果所驱动的是提升机类负载,变频器应具备多种制动手段,回馈制动是重要的一种。我公司生产的风光牌提升机专用变频器上成功地应用了回馈制动,取得了很好的效果。回馈能量的波形必须好,回馈相位必须准确,否则回馈会对电网造成冲击,技术关键在于此。

 

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