整流回饋逆變控制系統(tǒng)

1、1.公共直流母線的結(jié)構(gòu)與配置公共直流母線技術(shù)是在多電機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)中，采用單獨(dú)的整流/回饋裝置為系統(tǒng)提供一定功率的直流電源，調(diào)速用逆變器直接掛接在直流母線上。當(dāng)系統(tǒng)工作在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，逆變器從母線上獲取電能；當(dāng)系統(tǒng)工作在發(fā)電狀態(tài)時(shí)，能量通過(guò)母線及回饋裝置直接回饋給電網(wǎng)，以達(dá)到節(jié)能、提高設(shè)備運(yùn)行可靠性、減少設(shè)備維護(hù)量和設(shè)備占地面積等目的。一、公共直流母線控制系統(tǒng)的組成公共直流母線控制系統(tǒng)通常由整流/回饋單元、公共直流母線、逆變單元等組成。回饋單元可分為通過(guò)自耦變壓器的能量回饋和不通過(guò)自耦變壓器的能量回饋兩種方式。通過(guò)自耦變壓器的能量回饋可提高回饋支路中的電源電壓，目的是在能量回饋過(guò)程中不必降低中間

2、回路電壓，使得逆變器能夠獲得一個(gè)較恒穩(wěn)的直流電源；不通過(guò)自耦變壓器的能量回饋實(shí)際上是保持系統(tǒng)一直處在回饋狀態(tài)，在整流過(guò)程中依靠持續(xù)降低具有相角控制的中間回路的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。1。整流/回饋裝置：整流/回饋單元把交流電源轉(zhuǎn)換為電壓穩(wěn)定的直流電源，即使在逆變器能量回饋到電網(wǎng)時(shí)，該電壓在規(guī)定范圍內(nèi)仍保持恒定。整流/回饋單元的功率部分一般由2個(gè)反并聯(lián)晶閘管橋組成，可在輸入端電網(wǎng)和逆變器中間回路之間整流和回饋。2。逆變器：逆變單元把電壓穩(wěn)定的直流電源轉(zhuǎn)化為電壓、頻率可調(diào)的交流電源，以滿足電機(jī)平滑調(diào)速的目的。二、系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)1。公共直流母線系統(tǒng)是解決多電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)的最優(yōu)方案，很好地解決了多電機(jī)間電動(dòng)狀態(tài)和發(fā)電狀

3、態(tài)之間的矛盾。在同一系統(tǒng)中，同一時(shí)刻不同裝置可工作在不同的狀態(tài)，整流回饋單元保證了公共直流母線電壓的穩(wěn)定供給，又將多余的能量回饋給電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了再生能源的合理利用。2。公共直流母線系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，工作穩(wěn)定。在多電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中省去了大量的制動(dòng)單元、制動(dòng)電阻等外圍設(shè)備，節(jié)省了設(shè)備占地面積和設(shè)備維護(hù)量，減少了設(shè)備故障點(diǎn)，提高了設(shè)備的整體控制水平。3。在輥道等多電機(jī)傳動(dòng)的場(chǎng)合應(yīng)用公共直流母線技術(shù)是輥道調(diào)速的一種發(fā)展方向，它能在取得較高的動(dòng)靜態(tài)性能、調(diào)速精度的同時(shí)將系統(tǒng)再生能量加以合理利用和回收。2.AB變頻器公共直流母線和能量回饋方案一、概述在同一時(shí)刻相鄰變頻器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)有的處于電動(dòng)有的處于發(fā)電狀態(tài)，

4、處于電動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)消態(tài)能量，處于發(fā)電狀態(tài)的電機(jī)產(chǎn)生能量，產(chǎn)生的能量要么通過(guò)能耗制動(dòng)以熱量的形式散發(fā)出去，要么通過(guò)能量回饋單元返回電網(wǎng)中去，如果能夠?qū)l(fā)電狀態(tài)電動(dòng)機(jī)的能量直接傳給電動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)，那么能耗制動(dòng)所浪費(fèi)的電能或者能量回饋單元的設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用都可以節(jié)省出來(lái)，這就是直流母線產(chǎn)生的初衷。在一套直流母線系統(tǒng)中，當(dāng)電動(dòng)所需能量大于發(fā)電產(chǎn)生的能量時(shí)，整套系統(tǒng)從電網(wǎng)中吸取能量；當(dāng)短時(shí)間內(nèi)發(fā)電產(chǎn)生的能量大于電動(dòng)所需能量時(shí)，系統(tǒng)中多余的能量還是要靠能耗制動(dòng)或能量回饋單元來(lái)消耗的。在AB變頻器的產(chǎn)品應(yīng)用中，公共直流母有兩種使用方法，一種是公共直流母線方案，使用獨(dú)立的整流單元+獨(dú)立的逆變單元，另一種是公共交流

5、直流母線方案，將各個(gè)獨(dú)立交流變頻器的直流端子直接連起來(lái)。在第一種方案中，我們把整流單元或含有能量回饋功能的整流單元叫做前端，按有無(wú)能量回饋功能把前端分為兩種，沒(méi)有能量回饋功能的前端叫NFE（Non-regenerative front end），NFE使用二極管或可控硅整流，有能量回饋功能的前端叫做AFE（Active-regenerative front end），AFE使用IGBT整流。AB的NFE有兩種，使用二極管的20T系列和使用可控硅的20S系列，AFE是使用IGBT的1336R系列。20T20S1336RAB變頻器中可以用于公共直流母線的有PF40P、PF700和PF700S三個(gè)系

6、列。二、NFE前端1、20T系列20T系列有兩款產(chǎn)品，輸入電壓分別是240-480VAC和500-600VAC，直流母線電流都是120A，當(dāng)輸入電壓為380VAC時(shí)，直流母電壓為510VDC。20T產(chǎn)品列表如下：輸入電壓直流母線電流直流母線電流240-480VAC325-650V120A500-600VAC675-810V120A注：直流母線電壓=輸入電壓1.3520T的結(jié)構(gòu)框圖如下：由上圖可知，整流單元中己經(jīng)內(nèi)置了雙直流電抗器，用于滿足二類EMC電磁干擾要求（工業(yè)環(huán)境）的RFI濾波器，用于削弱直流母線過(guò)電壓的阻容耦合電路，用于輸入過(guò)電壓保護(hù)的壓敏電阻，和過(guò)熱保護(hù)的熱敏繼電器。20T可以單獨(dú)使

7、用，也可以并聯(lián)使用，最多可以使用兩個(gè)20T前端并聯(lián)組成240A，輸出功率120KW的前端。20T單獨(dú)使用方案如下，輸入電抗器一般為3%阻抗：兩個(gè)20T并聯(lián)使用方案如下：2、20S系列20S產(chǎn)品列表如下：輸入電壓直流母線電壓直流母線電流400/480VAC540/650V400A，600A，1000A600/690VAC675/930V1000A20S系列的400A和600A整流單元結(jié)構(gòu)框圖如下：整流單元己經(jīng)內(nèi)置輸入交流和輸出直流熔斷器。400A和600A的整流單元不可以并聯(lián)使用。單獨(dú)使用時(shí)400A的整流單元最大輸出功率200KW，600A的整流單元最大輸出功率300KW。1000A的整流單元有

8、三種，獨(dú)立單元、并聯(lián)主機(jī)和并聯(lián)從機(jī)，所需直流母電流小于1000A時(shí)可以使用獨(dú)立單元或并聯(lián)主機(jī)，不可以使用并聯(lián)從機(jī)。當(dāng)所需直流母線電流大于1000A時(shí)使用一臺(tái)并聯(lián)主機(jī)+N臺(tái)并聯(lián)從機(jī)（N小于等于4），最多可以使用一臺(tái)并聯(lián)主機(jī)帶四臺(tái)并聯(lián)從機(jī)組成4750A的前端供電能力。1000A獨(dú)立單元結(jié)構(gòu)框圖如下：1000A的并聯(lián)主機(jī)結(jié)構(gòu)框圖如下：400A、600A和1000A的整流單元單機(jī)應(yīng)用方案如下：1000A的并聯(lián)從機(jī)結(jié)構(gòu)框圖如下：1000A單元多機(jī)并聯(lián)方案如下：三、AFE前端AFE前端只有一種產(chǎn)品，就是1336R系列，1336R有兩種工作模式，一種是AFE方式（整流+能量回饋模式），另一種是能量回饋模式，

9、就是說(shuō)1336R可以作為變頻器能量回饋單元使用。1336R帶有英文操作面板，操作面板與1336系列變頻器是通用的；1336R還有Scanport網(wǎng)絡(luò)接口，可以接入現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，它的網(wǎng)絡(luò)接口特性和相關(guān)產(chǎn)品與1336系列變頻器是通用的。1336R產(chǎn)品列表如下：輸入電壓直流母線電壓直流母線電流380-480VAC510-650V48A，78A，180A1336R可以單獨(dú)使用，也可以多機(jī)并聯(lián)使用以組成輸出電流更大的前端。1336R單機(jī)應(yīng)用方案如下：1336R多機(jī)應(yīng)用方案如下：在每個(gè)1336R的直流輸出端串入共模電抗器以利于各個(gè)1336R之間的電流分配。四、公共交直流母線方案可以將各個(gè)變頻器的直流端直接

10、連起來(lái)，構(gòu)成公共交直流母線方案。不帶制動(dòng)的公共交直流母線：在公共交直流母線的各個(gè)變頻器功率不同時(shí)，建議在各個(gè)變頻器的直流端串接反向并聯(lián)的的二極管串。五、公共直流母線中的能耗制動(dòng)1、公共直流母線中使用外置能耗制動(dòng)組件A、二極管前端阻容耦合電路用于限制過(guò)電壓。B、可控硅前端連續(xù)制動(dòng)電流大于直流母線中最大變頻器額定電流的150%時(shí)，在直流母線中并聯(lián)電容。2、公共直流母線中使用內(nèi)置制動(dòng)單元和外置制動(dòng)電阻制動(dòng)電阻接在最大的變頻器上。3、在公共交直流母線中使用外置能耗制動(dòng)組件阻容耦合電路用于限制過(guò)電壓。制動(dòng)單元靠近最大的變頻器，如變頻器功率一致，靠近制動(dòng)最頻繁的變頻器。4、在公共交直流母線中使用內(nèi)置制動(dòng)單

11、元和外置制動(dòng)電阻制動(dòng)電阻接在功率最大的變頻器上。六、能量回饋單元1336R既可以作為AFE前端（整流+能量回饋模式）使用，也可以做為專門(mén)的能量回饋單元使用，1336R的工作模式通過(guò)操作面板來(lái)選擇。1、一對(duì)一方式一臺(tái)1336R對(duì)一臺(tái)變頻器。2、一對(duì)多方式一臺(tái)1336R對(duì)多臺(tái)變頻器。注意圖中二極管的方向。七、注意事項(xiàng)1、當(dāng)直流母線中的逆變單元或變頻器之間功率相差很大（一般在五個(gè)功率檔以上）時(shí)，注意以下幾點(diǎn)：A、前端或能量回饋單元應(yīng)該靠近最大的逆變單元或變頻器；B、在最大的逆變單元或變頻器的直流輸入端并聯(lián)電容或反向二極管。參考資料1、AC Drives in Common Bus Configurations，介紹AB的直流母線方案2、Common DC Bus，AB直流母線產(chǎn)品選型3、Diode Bus Supply User Manual，20T二極管整流單元用戶手冊(cè)4、SCR Bus Supply User Manual，20S可控硅整流單元用戶手冊(cè)5、1336 REGEN Line Regeneration Package User Manual，1336R用戶手冊(cè)回饋過(guò)程:電機(jī)制動(dòng)時(shí)處于發(fā)電狀態(tài)，能量經(jīng)逆變器饋至直流母線，直流