更新时间:2023-07-10 14:33
回馈制动是变频器制动方式的一种,也是非常有效的节能方法。并且避免了制动时对环境及设备的破坏。在电力机车等行业中取得了令人满意的效果。在新型电力电子器件不断出现,性价比不断提高的情况下有着广阔的应用前景。
正向回馈制动
由于将电能回馈给电网,且转速始终为正,它不能停车,是一个制动过程,所以成为正向回馈制动运行,制动特性曲线位于第Ⅱ象限。正向回馈制动运行状态的功率关系与发电机运行状态一致,所以又称为发电制动,但与发电机运行不同的是:第一,机械功率的输入不是由原动机提供,而是由拖动系统即小车减少位能储存来提供的;第二,输出的电功率不是送给负载,而是回馈给直流电源。
反向回馈制动
由于制动过程中n为负,功率关系与正向回馈制动时一样,所以又称为反向回馈制动运行。反向回馈制动运行的特点是转速n小于—n0,机械特性方程与反向电动运行时一样,制动段位于第Ⅳ象限,不能停车,只能高速下放重物。
回馈制动采用的是有源逆变技术,将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网,从而实现制动。
要实现回馈制动,就必须要将回馈电能进行同频同相控制、回馈电流控制等条件,才能将回馈电能安全送达电网上。
在变频调速系统中,电动机的减速和停止都是通过逐渐减小运行频率来实现的,在变频器频率减小的瞬间,电动机的同步转速随之下降,而由于机械惯性的原因,电动机的转子转速未变,或者说,它的转速变化是有一定时间滞后的,这时会出现实际转速大于给定转速,从而产生电动机反电动势高于变频器直流端电压的情况,这时电动机就变成发电机,非但不消耗电网电能,反而可以通过变频器专用型能量回馈单元向电网送电,这样既有良好的制动效果,又将动能转变化为电能,向电网送电而达到回收能量的效果。
当直流电机的反电势高于电枢电压时,电枢将与转子动能相应的机械功率变为电磁功率后,大部分回馈给直流电源或电网,小部分变为电枢回路的铜损。此时,电机变为一台与电枢电源或电网并联运行的发电机,其运行状态即回馈制动状态。在回馈制动过程中,电枢电流方向与电动状态时的相反,有功功率回馈到电源或电网。回馈制动同样出现在他励电动机增加磁通的降速过程中。
当异步机转子转速高于定子磁场同步速度时,电磁转矩的方向与转子转向相反,异步机既回馈电能又在轴上产生机械制动转矩,即运行于制动状态。此时,异步机由轴上输入机械功率。需要指出的是,异步机在回馈制动过程中,定子内必须建立电机的磁场。这就要求定子要么接到电网,要么接入到容性负载电路中,以供给异步机发电所需要的无功功率。
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。
在电压检测中,主要检测公共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。
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,这样当回馈电流一定时可以获得较大的能量回馈功率。
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。
只有在不易发生故障的稳定电网电压下(电网电压波动不大于 10%),才可以采用这种回馈制动方式。因为在发电制动运行时,电网电压故障时间大于2ms,则可能发生换相失败,损坏器件。
在回馈时,对电网有谐波污染;
控制复杂,成本较高。
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,在变频器的公共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。
回馈制动特别适用于电动机功率较大,如大于等于100kw,设备的转动惯量较大,且反复短时连续工作,从高速到低速的减速降幅较大,制动时间又短,需要强力制动的场合,如电力机车、采油等行业。