變頻調(diào)速能量回饋控制技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)-文庫吧
2025-04-17 15:05 本頁面
【正文】 能 ，即在滿足生產(chǎn)機(jī)械速度、轉(zhuǎn)矩和動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求的前提下，盡量減少變頻裝置的輸入能量 。第二個(gè)環(huán)節(jié)是將由生產(chǎn)機(jī)械中儲(chǔ)存的動(dòng)能或勢(shì)能轉(zhuǎn)換而來的電能及時(shí)地、高效地 回收 到電網(wǎng)，即通過有源逆變裝置將再生能量回饋到交流電網(wǎng)，一方面是節(jié)能降耗，另一方面是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的精密制動(dòng)，提高電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能。本文討論的就是變頻調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能控制的第二個(gè)環(huán)節(jié)－變頻調(diào)速能量回饋控制技術(shù)。在能源資源日趨緊張的今天，這項(xiàng)研究無疑具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 2 通用變頻器在應(yīng)用中存在的問題 通用變頻器大都為電壓型交 直 交變頻 器。三相交流電首先通過二極管不控整流橋得到脈動(dòng)直流電，再經(jīng)電解電容濾波穩(wěn)壓，最后經(jīng)無源逆變輸出電壓、頻率可調(diào)的交流電給電動(dòng)機(jī)供電。這類變頻器功率因數(shù)高、效率高、精度高、調(diào)速范圍寬，所以在工業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用。但是通用變頻器不能直接用于需要快速起、制動(dòng)和頻繁正、反轉(zhuǎn)的調(diào)速系統(tǒng)，如高速電梯、礦用提升機(jī)、軋鋼機(jī)、大型龍門刨床、卷繞機(jī)構(gòu)張力系統(tǒng)及機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等。因?yàn)檫@種系統(tǒng)要求電機(jī)四象限運(yùn)行，當(dāng)電機(jī)減速、制動(dòng)或者帶位能性負(fù)載重物下放時(shí)，電機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)。由于二極管不控整流器能量傳輸不可逆，產(chǎn)生的再生電能傳輸?shù)?直流側(cè)濾波電容上，產(chǎn)生泵升電壓。而以 GTR、IGBT 為代表的全控型器件耐壓較低，過高的泵升電壓有可能損壞開關(guān)器件、電解電容，甚至?xí)茐碾姍C(jī)的絕緣，從而威脅系統(tǒng)安全工作，這就限制了通用變頻器的應(yīng)用范圍。 3 國(guó)內(nèi)外能量回饋技術(shù)研究現(xiàn)狀 為了解決電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生的再生能量，德國(guó)西門子公司已經(jīng)推出了電機(jī)四象限運(yùn)行的電壓型交 直 交變頻器，日本富士公司也成功研制了電源再生裝置，如 RHR 系列、 FRENIC 系列電源再生單元，它把有源逆變單元從變頻器中分離出來，直接作為變頻器的一個(gè)外圍裝置，可并聯(lián)到變頻器 的直流側(cè)，將再生能量回饋到電網(wǎng)中。同時(shí)，已見到國(guó)外有四象限電壓型交－直－交變頻器及電網(wǎng)側(cè)脈沖整流器等的研制報(bào)道。普遍存在的問題是這些裝置價(jià)格昂貴，再加上一些產(chǎn)品對(duì)電網(wǎng)的要求很高，不適合我國(guó)的國(guó)情。國(guó)內(nèi)在中小容量系統(tǒng)中大都采用能耗制動(dòng)方式，即通過內(nèi)置或外加制動(dòng)電阻的方法將電能消耗在大功率電阻器中，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的四象限運(yùn)行，該方法雖然簡(jiǎn)單，但有如下嚴(yán)重缺點(diǎn) : (1) 浪費(fèi)能量，降低了系統(tǒng)的效率。 (2) 電阻發(fā)熱嚴(yán)重，影響系統(tǒng)的其他部分正常工作。(3) 簡(jiǎn)單的能耗制動(dòng)有時(shí)不能及時(shí)抑制快速制動(dòng)產(chǎn)生的泵升電壓，限制了制 動(dòng)性能的提高 (制動(dòng)力矩大，調(diào)速范圍寬，動(dòng)態(tài)性能好 )。 上述缺點(diǎn)決定了能耗制動(dòng)方式只能用于幾十 kW以下的中小容量系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)關(guān)于能量回饋控制的研究正在進(jìn)行，但基本上都處于實(shí)驗(yàn)階段，目前已經(jīng)見到有關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道，但尚未見這方面產(chǎn)品的報(bào)道。 4 能量回饋系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 按照所選用的功率開關(guān)器件的不同，能量回饋系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為半控器件型結(jié)構(gòu)和全控器件型結(jié)構(gòu)兩大類。 半控器件型 (晶閘管型 )結(jié)構(gòu) 由于晶閘管的耐壓、耐流、耐浪涌沖擊能力是全控型功率器件所無法比擬的，加之驅(qū)動(dòng)、保護(hù)電路簡(jiǎn)單，價(jià) 格低廉等原因，采用晶閘管構(gòu)成有源逆變電路在七、八十年代獲得人們普遍的研究，即使在現(xiàn)階段也仍有一定的實(shí)際意義。下面將要介紹幾種 基于晶閘管的有源逆變電路的結(jié)構(gòu)、基本原理以及優(yōu)、缺點(diǎn)的對(duì)比。 (1) 可控整流 可控有源逆變型 該方式是人們?cè)缙谘芯康囊环N方案?；舅悸肥窃诳煽卣鳂虻幕A(chǔ)上再反并聯(lián)一套有源逆變裝置，當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，整流橋 T’1~T’6工作 。而當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，隨著直流回路電壓的升高，三相可控整流器被封鎖，三相可
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