Application of feedback brake in the inverters
山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司 尹彭飛(Yin Pengfei)
摘要: 本文討論了實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)的方法,介紹了其中的關(guān)鍵技術(shù),回饋制動(dòng)用到提升機(jī)變頻器上取得了很好的效果。
關(guān)鍵字 :回饋制動(dòng) 礦用提升機(jī) 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
• 引言
在一般的異步交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)中,電動(dòng)機(jī)大都處于電動(dòng)狀態(tài),電動(dòng)機(jī)需要向電網(wǎng)吸收能量,但是由于負(fù)載的不同,在有些負(fù)載需要電動(dòng)機(jī)快速制動(dòng),或者負(fù)載具有一定的位置勢(shì)能時(shí),異步電動(dòng)機(jī)就有可能處于發(fā)電狀態(tài)。如果電動(dòng)機(jī)直接接到電網(wǎng)時(shí),電機(jī)發(fā)出的電向電網(wǎng)回饋,但是這樣對(duì)電網(wǎng)有較大的影響,如果電機(jī)由變頻器拖動(dòng)時(shí),由于變頻器有中間儲(chǔ)能環(huán)節(jié),其儲(chǔ)能是有限的,故電機(jī)發(fā)電狀態(tài)時(shí)對(duì)變頻器有較大的威脅。變頻器在處理電機(jī)的再生發(fā)電時(shí),有多種制動(dòng)方法,如能耗制動(dòng)、儲(chǔ)能制動(dòng)、回饋制動(dòng)等。對(duì)能耗制動(dòng)方法,電機(jī)發(fā)出的電會(huì)白白的浪費(fèi),同時(shí)能耗電阻會(huì)經(jīng)常損壞;儲(chǔ)能制動(dòng)方法中儲(chǔ)能也是有限的,同樣對(duì)變頻器有威脅,能量回饋是處理再生發(fā)電的好方法,又是制動(dòng)的好方法。它保證了變頻器的安全、節(jié)約了能量、同時(shí)增強(qiáng)了電機(jī)的制動(dòng)功能。本文將對(duì)能量回饋的技術(shù)問(wèn)題作一些討論。
• 簡(jiǎn)單的實(shí)施方案
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖 1 所示,由 LC 濾波、逆變塊 A 、母線(xiàn)電容 C 、逆變塊 B 和逆變塊 A 的控制系統(tǒng)組成。
電機(jī)一般工作在電動(dòng)狀態(tài)下,逆變塊 A 作為整流用,在發(fā)電狀態(tài)下,作為逆變回饋用,電機(jī)發(fā)電時(shí),通過(guò)逆變塊 B 中 IGBT 反并聯(lián)的二極管整流,整流電壓加在母線(xiàn)電容 C 上,如果發(fā)電功率較大時(shí),母線(xiàn)電壓就會(huì)上升,直接威脅到整個(gè)系統(tǒng)的安全,這樣就需要啟動(dòng)逆變塊 A 將多余的能量經(jīng)過(guò)電感電容回饋到電網(wǎng)。電感將承受直流母線(xiàn)電壓和電網(wǎng)線(xiàn)電壓的差值,同時(shí)電感將緩沖諧波的無(wú)功功率。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
要完成回饋制動(dòng),需要完成三方面的工作: 1 )檢測(cè)電壓何時(shí)開(kāi)始回饋;2 )保持回饋制動(dòng)時(shí)與電網(wǎng)同頻同相; 3 )回饋制動(dòng)時(shí)限制回饋電流的大小。
2 . 1 電壓的檢測(cè)
在電壓檢測(cè)中,主要檢測(cè)直流母線(xiàn)電壓和電網(wǎng)電壓,檢測(cè)電網(wǎng)電壓時(shí),一般需要考慮電網(wǎng)的波動(dòng),根據(jù)變頻器的中間環(huán)節(jié)所能承受的直流電壓,再利用回饋制動(dòng)時(shí),電網(wǎng)允許向上波動(dòng) +20 %,由此在直流電壓檢測(cè)時(shí),在電壓值為(1.2*√2)倍的電網(wǎng)線(xiàn)電壓有效值時(shí)可以啟動(dòng)逆變塊A工作,進(jìn)入回饋制動(dòng)狀態(tài)。
2 . 2 電網(wǎng)頻率和相位檢測(cè)
在回饋制動(dòng)中,是否有效地回饋能量,關(guān)鍵是保證與電網(wǎng)同頻、同相,并且回饋時(shí)要保證電網(wǎng)輸出正電壓時(shí),輸出負(fù)電流。其次,在回饋時(shí)要盡量選取電網(wǎng)線(xiàn)電壓的高電壓段,如圖 2 所示,這樣當(dāng)回饋電流一定時(shí)可以獲得較大的能量回饋功率。
圖 2
設(shè)定逆變塊 A 中的功率器件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)要求與電網(wǎng)同步,同步信號(hào)如圖 2 中( B )所示,下面是一種簡(jiǎn)單的同步信號(hào)控制方式,可以簡(jiǎn)單的得到 V1-V6 的同步方波脈沖。
圖3 同步信號(hào)檢測(cè)
2 . 3 回饋電流的控制
在回饋制動(dòng)中,合理的控制回饋電流大小也是至關(guān)重要,回饋電流的大小必須滿(mǎn)足能量回饋功率的要求,如果系統(tǒng)回饋功率小于電機(jī)在發(fā)電狀態(tài)時(shí)的輸出功率,在變頻器的直流母線(xiàn)上電壓就會(huì)繼續(xù)升高。 由于電網(wǎng)電壓是一定的,系統(tǒng)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(nèi)。
回饋制動(dòng)時(shí),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(huán)電流比較法控制,見(jiàn)如下框圖 4 所示:
圖4 滯環(huán)電流比較法控制
• 工程應(yīng)用
我們利用這種回饋制動(dòng)方法在新疆瑪納斯縣永安煤業(yè)有限公司安裝了一臺(tái)380V75KW 提升負(fù)載的變頻器,從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用看:
回饋制動(dòng)時(shí)可達(dá)到 40A 左右的電流,變頻器采用 滯環(huán)電流比較法 回饋制動(dòng)的方式,母線(xiàn)電壓比設(shè)定的基準(zhǔn)電壓高出多少即回饋多少,當(dāng)高于 645V 時(shí)啟動(dòng)回饋制動(dòng),讓能量回饋到電網(wǎng)從而保證了變頻器安全工作。通過(guò)檢測(cè)母線(xiàn)電壓,看不到有較大的電壓波動(dòng)?;仞伒诫娋W(wǎng)波形比較好,采用適當(dāng)?shù)?LC 濾波 后,對(duì)電網(wǎng)基本造成不了污染,濾波效果較好。節(jié)能效果也明顯,與工頻比較,綜合節(jié)電率約在 30% 左右。 75KW 的提升機(jī)用變頻后可直接采用普通的鼠籠式電機(jī)拖動(dòng),可以平滑的進(jìn)行調(diào)速,而可以不用繞線(xiàn)式電機(jī),同時(shí)鼠籠式電機(jī)價(jià)格要比繞線(xiàn)式電機(jī)便宜 1/3 左右,因此可降低用戶(hù)的投資費(fèi)用,維護(hù)起來(lái)也比較方便。采用變頻調(diào)速后,甩掉了原工頻用的速度段切換交流接觸器及調(diào)速電阻,使工人的操作環(huán)境大為改善,調(diào)速平滑,減輕了對(duì)電網(wǎng)及換擋的沖擊,電流變化平穩(wěn),這是原工頻狀態(tài)所無(wú)法比擬的。
• 結(jié)束語(yǔ)
變頻器如果所驅(qū)動(dòng)的是提升機(jī)類(lèi)負(fù)載,變頻器應(yīng)具備多種制動(dòng)手段,回饋制動(dòng)是重要的一種。我公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌提升機(jī)專(zhuān)用變頻器上成功地應(yīng)用了回饋制動(dòng),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(zhǔn)確,否則回饋會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊,技術(shù)關(guān)鍵在于此。
參考資料
[1] 韓安榮 通用變頻器及其應(yīng)用(第二版) [M] ,北京機(jī)械工業(yè)出版社, 2000
[2] 李瑞來(lái) 何洪臣 韓文昭 礦山提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)變頻器世界,2000、9
作者簡(jiǎn)介 : 尹彭飛 男 工程師?。保梗梗改戤厴I(yè)于東北大學(xué),現(xiàn)從事于電力電子方面的研究。
現(xiàn)任山東風(fēng)光電子公司副總工。