变频器专用能量回馈单元

释义

能量回馈单元，全名为“变频器专用专用型能量回馈单元”，是变频器专用型制动单元的一种，主要用于大惯量、拖动性的变频调速系统中，帮助电机将其减速过程中所产生的再生电能回馈到电网，同时协助系统实现快速制动功能。

在通用频器、异步电动机和机械负载所组成的变频调速传统系统中，当电动机所传动的位能负载下放时，电动机将可能处于再生发电制动状态;或当电动机从高速到低速(含停车)减速时，频率可以突减，但因电机的机械惯性，电机可能处于再生发电状态，传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过逆变器的六个续流二极管回送到变频器的直流回路中。此时的逆变器处于整流状态。这时，如果变频器中没采取消耗能量的措施，这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升。如果当制动过快或机械负载为提升机类时，这部分能量就可能对变频器带来损坏。

应用范围

与变频器配合使用起到节能降耗的效果，可匹配国内外大部分主流变频器。可以应用的场合如下：

1.电梯节能改造与设备配套

2.起重机(小功率提重机)、提升机等节能改造与设备配套

3.矿山直井、斜井，单沟道、双沟道等各种提升机配套和节能改造

4.各种起重机、港口提升机等设备配套和节能改造

5.其它势能设备的高可靠性回馈节能

6.淀粉厂、制药厂等工业离心机设备配套和节能改造

7.其它大惯性负载设备的节能改造

8.测功机等设备的配套和节能改造

9.其它连续发电并需要回馈电网的工业现场

10.油田抽油机的节能改造

11.小功率离心机、工业洗衣机等惯性机械的节能改造与设备配套

回馈节能基本原理

   在变频调速系统中，当电机的负载是位能式负载如：油田抽油机、矿用提升机等；或大惯量负载如：风机、水泥制管、动平衡机等；以及轧钢机、大型龙门刨床、机床主轴等需要快速制动类负载时，电机都不可避免地存在发电过程，即电机转子在外力的拖动或负载自身转动惯量的维持下，使得电机的实际转速大于变频器输出的同步转速，电机所发出的电能将会储存在变频器的直流母线滤波电容中，如果不把这部分能量消耗掉，那么直流母线电压就会迅速升高，影响变频器的正常工作。

  能量回馈单元，通过自动检测变频器的ZHILIUMUXIAN电压，将变频器的直流环节的直流电压逆变成与电网电压同频同相的交流电压，经多重噪声滤波环节后连接到交流电网，从而达到能量回馈电网，供附近其它用电设备使用的目的，回馈到电网的电能达到发电能量的97%以上，有效节省电能。

性能特点

1、 电压、功率范围:220V-380V;7.5-300kw。

2、 替代性:制动单元+电阻的使用=能量回馈制动器，完全替代。

3、 节能性:把再生能量回馈电网，效率高达97%，增加运行经济效益，节能环保。

4、 安全性:采用先进的电力电子技术和高性能的IGBT作为开关器件;采用PWM脉宽调制技术，输出相位准确、有效抑制高次谐波;采用DSP中央处理器，速度快、精度高、稳定性好、抗干扰能力强;电压畸变率<5%，符合IEC61000-3-2及GB/T14549对电网谐波的要求;

完善制动效果，适应快速制动和频繁制动的工程需求。

5、回馈性:采用自诊断技术确保输出电压，防止电流回送，使变频器不受任何影响。

6、 实用性:系统节电效果好，发热量低、安全性高、维护工作量小。

7、 可以并联使用应用于较大功率场合

应用现状

处理方式：

为了解决电动机处于再生发电状态产生的再生能量，德国和日本的公司都研制推出了电机四象限运行的变频器或电源再生装置，将再生能量回馈到电网中。但这些装置普遍存在的问题是这些装置价格昂贵，再加上一些产品对电网的要求很高，不适合我国的国情。而国内在中小容量系统中大都采用能耗制动方式，即通过内置或外加制动电阻的方法将电能消耗在大功率电阻器中，实现电机的四象限运行，该方法虽然简单，但缺点是显而易见的：浪费能量，降低了系统的效率；电阻发热严重，影响系统的其他部分正常工作；简单的能耗制动有时不能及时抑制快速制动产生的泵升电压，限制了制动性能的提高。

存在问题：

通用变频器大都为电压型交-直-交变频器。三相交流电首先通过二极管不控整流桥得到脉动直流电，再经电解电容滤波稳压，*后经无源逆变输出电压、频率可调的交流电给电动机供电。这类变频器效率高、精度高、调速范围宽，所以在工业中获得广泛应用。但是通用变频器不能直接用于需要快速起、制动和频繁正、反转的调速系统，如高速电梯、矿用提升机、轧钢机、大型龙门刨床、卷绕机构张力系统及机床主轴驱动系统等。因为这种系统要求电机四象限运行，当电机减速、制动或者带位能性负载重物下放时，电机处于再生发电状态。由于二极管不控整流器能量传输不可逆，产生的再生电能传输到直流侧滤波电容上，产生泵升电压。而以IGBT为代表的全控型器件耐压较低，过高的泵升电压有可能损坏开关器件、电解电容，甚至会破坏电机的绝缘，从而威胁系统安全工作，这就限制了通用变频器的应用范围。

新发展

高压变频双PWM控制技术为了消除通用变频器对电网的谐波污染并提高功率因数，实现电机的四象限运行，并克服传统制动方法的并联电阻消耗能量造成的浪费，在变频器整流电路中采用自关断器件进行PWM控制，可使电网侧的输入电流接近正弦波并且功率因数达到1，消除网侧谐波污染，能量双向流动，使电机四象限运行;同时对于各种调速场合，使电机很快达到速度要求，动态响应快。如图1所示。双PWM控制技术的工作原理:①时，能量由交流电网经整流器中间滤波电容充电，逆变器在PWM控制下将能量传送到电机;②当电机处于减速运行状态时，由于负载惯性作用进入发电状态，其再生能量经逆变器中开关元件和续流二极管向中间滤波电容充电，使中间直流电压升高，此时整流器中开关元件在PWM控制下将能量回馈到交流电网，完成能量的双向流动。同时由于PWM整流器闭环控制作用，使电网电流与电压同频同相位，提高了系统的功率因数，消除了网侧谐波污染。其优点是制动力矩大，调速范围宽，动态性能好

能量回馈单元与制动单元的区别

能量回馈单元是将电机再生发电的电能反馈回电网(此时电表反转)，供其他设备使用，回馈效率可以高达97%以上。而制动单元需和制动电阻一起使用，将电机再生发电的电能消耗在制动电阻上变成热能浪费掉。

另外，采用制动单元和制动电阻的制动方式与能量回馈单元相比，制动转矩小，无法实现电机的精密制动。