交流回饋制動
簡介
回饋制動采用的是有源逆變技術,将再生電能逆變為與電網同頻率同相位的交流電回送電網,從而實現制動。
要實現回饋制動,就必須要将回饋電能進行同頻同相控制、回饋電流控制等條件,才能将回饋電能安全送達電網上。
原理
在變頻調速系統中,電動機的減速和停止都是通過逐漸減小運行頻率來實現的,在變頻器頻率減小的瞬間,電動機的同步轉速随之下降,而由于機械慣性的原因,電動機的轉子轉速未變,或者說,它的轉速變化是有一定時間滞後的,這時會出現實際轉速大于給定轉速,從而産生電動機反電動勢高于變頻器直流端電壓的情況,這時電動機就變成發電機,非但不消耗電網電能,反而可以通過變頻器專用型能量回饋單元向電網送電,這樣既有良好的制動效果,又将動能轉變化為電能,向電網送電而達到回收能量的效果。
工作過程
總述
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。
電壓的檢測
在電壓檢測中,主要檢測公共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,進入回饋制動狀态。
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。
設定逆變塊A中的功率器件的開關狀态要求與電網同步,同步信号如圖2中(B)所示,下面是一種簡單的同步信号控制方式,可以簡單的得到V1-V6的同步方波脈沖。
優點
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,故電機發電狀态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。
缺點
1,隻有在不易發生故障的穩定電網電壓下(電網電壓波動不大于 10%),才可以采用這種回饋制動方式。因為在發電制動運行時,電網電壓故障時間大于2ms,則可能發生換相失敗,損壞器件。
2,在回饋時,對電網有諧波污染,。
3,控制複雜,成本較高。
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态時的輸出功率,在變頻器的公共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的額定範圍内。
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,一般采用滞環電流比較法控制。
适用場合
回饋制動特别适用于電動機功率較大,如大于等于100kw,設備的轉動慣量較大,且反複短時連續工作,從高速到低速的減速降幅較大,制動時間又短,需要強力制動的場合,如電力機車、采油等行業。