1.引言-四象限矢量變頻器的概況

　　當(dāng)電動機(jī)功率較大（≥100kW），設(shè)備GD2較大時，或是反復(fù)短時連續(xù)工作時，從高速到低速的降速幅度較大，且制動時間也較短時，為減少制動過程的能量損耗，將動能變?yōu)殡娔芑仞伒诫娋W(wǎng)去，以達(dá)到節(jié)能功效，可使用能量回饋制動裝置?；仞佒苿訔l件有：

　?。?）電動機(jī)從高速（fH）到低速（fL）減速過程中，頻率突減，因電動機(jī)的機(jī)械慣性使得轉(zhuǎn)差s＜0，電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，這時的反電動勢E＞U（端電壓）。

　?。?）從電動機(jī)在某一個fN運(yùn)行，到停車時fN=0，在這個過程中，電動機(jī)出現(xiàn)發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，這時反電動勢E＞U（端電壓）。

　?。?）位能（或勢能）負(fù)載，如起重機(jī)吊了重物下降時，出現(xiàn)實(shí)際轉(zhuǎn)速n大于同步轉(zhuǎn)速n0，這時也出現(xiàn)電動機(jī)發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)然E＞U是必然的。

2.能量回饋制動原理

　　眾所周知，一般通用變頻器其橋式整流電路是三相不可控的，因此無法實(shí)現(xiàn)直流回路與電源間雙向能量傳遞，解決這個問題的最有效的辦法是采用有源逆變技術(shù)，如圖1所示。

　　圖1 變頻器與電源再生變流器組合時的連接電路

　　即將再生電能逆變?yōu)殡娋W(wǎng)同頻率、同相位的交流電回饋電網(wǎng)，如圖2所示，從而實(shí)現(xiàn)制動。

　　圖2 電流追蹤型PWM整流器組成

　　從圖2可知，它采用了電流追蹤型PWM整流器組成方式，這樣就容易實(shí)現(xiàn)功率的雙向流動，且具有很快的動態(tài)響應(yīng)速度，同時這樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使得我們能夠完全控制交流側(cè)和直流側(cè)之間的無功和有功功率的交換，且效率可高達(dá)97%，經(jīng)濟(jì)效益較大，熱損耗為能耗制動的1%，同時不污染電網(wǎng)。所以，回饋制動特別適用于需要頻繁制動的場合，電動機(jī)的功率也較大，這樣節(jié)電效果明顯，按運(yùn)行的工況條件不同，平均約有20%的節(jié)電效果。

3.能量回饋制動的特點(diǎn)

　?。?）可廣泛應(yīng)用于PWM交流傳動的能量回饋制動場合的節(jié)能運(yùn)行。

　　（2）回饋效率高，可達(dá)97%，熱損小，僅為能耗的1%。

　　（3）功率因數(shù)約等于1.

　?。?）諧波電流較小，對電網(wǎng)的污染很小，具有綠色環(huán)保的特點(diǎn)。

　?。?）節(jié)省投資，易于控制電源側(cè)的諧波和無功分量。

　?。?）在多電機(jī)傳動中，每一單機(jī)的再生能量可以得到充分利用。

　　（7）具有較大的節(jié)電效果（與電動機(jī)的功率大小及運(yùn)行工況有關(guān)）

　?。?）當(dāng)車間由共用直流母線為多臺設(shè)備供電時，回饋制動的能量可直接返回直流母線，供給其它設(shè)備使用。經(jīng)過核算可以節(jié)省回饋逆變器容量，甚至可以不用回饋逆變器。

4.什么是四象限實(shí)施的條件（圖3）

　　實(shí)現(xiàn)能量回饋三個必要和充分條件

　　（1）負(fù)載必須是勢能或位能負(fù)載例電梯、下運(yùn)皮帶、礦井吊籠、起重吊車（上下運(yùn)動）等。

　?。?）回饋裝置要保證三個電的參數(shù)，即相位差±5°，電壓差±5V，頻率差±0.5Hz，這樣方可將電能回饋送入電網(wǎng)去。

　?。?）變頻器的主電路一般是電壓型CSV交-直-交拓?fù)潆娐贩绞?，其整流AC/DC電路，一定要用可控整流即IGBT組成，即與逆變器DC/AC的PWM電路一樣，而不是二極管、三相六脈沖不可控整流。

5.技術(shù)性能參數(shù)

6.四象限矢量變頻器的組成

　?。?）普通變頻器+回饋裝置

　　主回路接線方法（圖4）

　　圖4 主回路接線方法

　　回饋裝置的主回路接線非常簡潔，當(dāng)與變頻器配合使用時，只需將回饋裝置的直流輸入端子“DC（+）”“DC（-）”正確連接到變頻器的直流母線的正負(fù)端子，將回饋裝置的交流回饋輸出端子“A”、“B”、“C”連接到與變頻器輸入端相同的電源上即可。

　　應(yīng)用注意

　?。?）回饋裝置系外置電抗器結(jié)構(gòu)，使用時需外接電抗器。接線時電抗器的端子必須與回饋裝置上的接線端子一一對應(yīng)，如果順序接錯可能會導(dǎo)致回饋裝置損壞甚至有引起火災(zāi)的危險。

　?。?）接線時，應(yīng)注意回饋裝置直流輸入端子“DC（+）”“DC（-）”的極性，如果極性相反，可能會導(dǎo)致設(shè)備損壞甚至有引起火災(zāi)的危險。

　?。?）為了防止漏電對人體的傷害，應(yīng)該將回饋裝置的接地端子“PE”可靠接地。

　?。?）回饋裝置會自動檢測電網(wǎng)的相位并自動與電網(wǎng)同步工作，因此回饋裝置的交流回饋輸出端子“A”、“B”、“C”與電網(wǎng)的連接是無極性要求的。

　　（2）四象限矢量變頻器主電路組成（圖5）

　　圖5 四象限變頻器主電路組成

7.高壓四象限矢量變頻器介紹

　?。?）高壓四象限矢量變頻器概況

　　四象限變頻調(diào)速系統(tǒng)是以可控整流技術(shù)為基礎(chǔ)，加上普通的逆變器技術(shù)組成的，無需附加額外的逆變單元，也無需單獨(dú)的制動單元，即可將電機(jī)在發(fā)電運(yùn)行時所回饋的電能回送到電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的四象限運(yùn)行。

　　采用高頻PWM技術(shù)對系統(tǒng)的輸入電流的波形和相位進(jìn)行實(shí)時動態(tài)調(diào)整，使其緊跟輸入電壓的相位，以實(shí)現(xiàn)COSφ=±1和無諧波的控制目標(biāo)。

　　輸入電壓：380VAC 660VAC 1140VAC

　　功率范圍：380VAC：75KW~ 220KW

　　660VAC： 132KW~ 315KW

　　1140VAC： 132KW~ 500KW

　　過載能力：150%~200%

　?。?）高壓四象限矢量變頻器性能簡介

　　輸入電流為正弦波

　　電動狀態(tài)時，輸入電流與輸入電壓相位相同，COSφ=1

　　發(fā)電狀態(tài)時，輸入電流與輸入電壓相位相反，COSφ=-1

　　可將電機(jī)回饋的電能迅速反饋到電網(wǎng)

　　非常適用于需要頻繁正反轉(zhuǎn)，或需要迅速制動，或位能性負(fù)載的系統(tǒng)

　　200%（150%）過載兩分鐘

　　可控整流部分可單獨(dú)工作，與其它型號普通變頻器組成四象限系統(tǒng)

　　可控整流部分可用作單獨(dú)的有源濾波器

　　（3）高壓四象限矢量變頻器技術(shù)參數(shù)      

　?。?）高壓四象限矢量變頻器技術(shù)說明

　　現(xiàn)在市場上銷售的高（中）壓變頻器大部分是單象限變頻器，可以用到風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載上，但不能用到提升機(jī)等具有位勢負(fù)載特性的場合，因?yàn)榇祟愗?fù)載為四象限運(yùn)行方式，經(jīng)常處于發(fā)電制動狀態(tài)，所發(fā)的電能必須回饋電網(wǎng)或用電阻消耗掉，否則會損壞變頻器。電阻消耗制動方式一是降低了變頻效率，二是造成變頻器的體積也非常大，不利于安裝維護(hù)。電能回饋電網(wǎng)制動方式是最先進(jìn)的方式，具有變頻器效率高、裝置體積小、功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，但技術(shù)難度較大。

　　鑒于以上情況，特提出一下幾點(diǎn)技術(shù)需求：

　　1電源電壓等級：3kV，6kV，10kV

　　2電機(jī)功率范圍：500~5000kW

　　3變頻方式：交-直-交

　　4變頻結(jié)構(gòu)：單元串聯(lián)多電平（或三電平、二電平）

　　5控制方式：高性能矢量控制

　　6變頻輸出：0~50Hz

　　7零速轉(zhuǎn)矩：0Hz時120%額定轉(zhuǎn)矩

　　8啟動轉(zhuǎn)矩：0.1~50Hz時150%額定轉(zhuǎn)矩

　　9輸入功率因數(shù)：≥0.97

　　10整機(jī)效率：≥0.96

　　11過載能力；200%Ie一分鐘

　　12上位通訊：RS485-Modbus規(guī)約

8.主要應(yīng)用場合

　　能量回饋系統(tǒng)裝置具有的優(yōu)越性遠(yuǎn)勝過能耗制動和直流制動，所以近年來不少單位結(jié)合使用設(shè)備的特點(diǎn)，紛紛提出配置能量回饋裝置的要求，但原來國外僅有 ABB、西門子、富士、安川、Vacon等為數(shù)不多的公司能提供產(chǎn)品，國內(nèi)幾乎空白。目前，深圳佳能電子公司采用加拿大技術(shù)，已開始專門從事變頻制動裝置制造和應(yīng)用，還有深圳英威騰電氣有限公司，也能生產(chǎn)能耗制動及回饋制動產(chǎn)品。

　　在以下行業(yè)的設(shè)備上，使用回饋制動更為迫切：

　?。?）制藥廠內(nèi)的葡萄糖結(jié)晶用的高速分離機(jī)。

　　（2）民用食糖-砂糖結(jié)晶用的高速分離機(jī)

　?。?）混料廠用的涂料混合機(jī)、攪拌機(jī)

　?。?）塑料常用的染色機(jī)、配料機(jī)、混合機(jī)

　?。?）洗滌廠用的中大型清洗機(jī)、脫水機(jī)、甩干機(jī)

　　（6）酒店、賓館、洗衣店用的洗衣、床單清洗機(jī)等

　?。?）各專業(yè)離心機(jī)械廠的中高速離心機(jī)、分離機(jī)

　?。?）各種傾倒設(shè)備如轉(zhuǎn)爐、鋼水包等

　?。?）起重機(jī)械如橋式、塔式、門吊的起重主吊鉤，當(dāng)重物下降時的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)

　?。?0）一切高承載的輸送帶（例下運(yùn)物料）

　?。?1）礦井中的吊籠（載人或裝料），斜井礦車

　?。?2）各種閘門的啟閉裝置

　?。?3）造紙的紙輥電動機(jī)、化纖機(jī)械的牽伸機(jī)

　　結(jié)束語：通過閱讀此文可以得知有關(guān)四象限變頻器應(yīng)用中的相關(guān)技術(shù)知識，在某些負(fù)載例高速分離機(jī)、電梯、起重吊車、下運(yùn)物料輸送帶、礦井吊籠、閘門啟閉等非四象限變頻器莫可，這樣方可獲得良好的電氣傳動性能，并具有較高的節(jié)電功效。文章不長，畫龍點(diǎn)睛，受益不淺，先睹為快。