能量回饋技術
發布日期:
2018-08-08

  近年來工業時代的發展,能量回饋技術的應用越來越普遍。在電梯、礦山提升機、港口起重機、工廠離心機、油田抽油機等許多場合,都會伴隨著負載勢能、動能的變化。例如在提升機、起重機等機械下放重物時勢能會減小,離心機設備在停機時,動能會減小。根據能量守恒定律我們知道,能量是不會憑空消失的,那么這部分能量到哪里去了呢?答案是通過電機轉換成為了再生電能。實際上,在采用變頻調速的設備里,這部分電能一般是通過能耗制動電阻再轉換為熱能白白浪費掉了的。


  如果有一種裝置,將這部分再生電能利用起來回送到電網,那么就可以省下這部分電能,起到節能降耗的效果,能量回饋裝置就是這樣一種產品。它使用的電力電子變換技術,其主要實現的作用就是將上述設備在運行過程中所產生的再生電能利用起來,并轉換為同步的交流電能回送到電網,起到節電的效果。


  在通用變頻器、 異步電動機和機械負載所組成的變頻調速傳統系統中,當電動機所傳動的位能負載下放時,電動機將可能處于再生發電制動狀態;或當電動機從高速到低速(含停車)減速時,頻率可以突減,但因電機的機械慣性,電機可能處于再生發電狀態,傳動系統中所儲存的機械能經電動機轉換成電能,通過逆變器的六個續流二極管回送到變頻器的直流回路中。此時的逆變器處于整流狀態。這時,如果變頻器中沒采取消耗能量的措施,這部分能量將導致中間回路的儲能電容器的電壓上升。如果當制動過快或機械負載為提升機類時,這部分能量就可能對變頻器帶來損壞,如何把這部分能量轉化應用起來成為應該考慮的問題。


  在通用變頻器中,對再生能量最常用的處理方式有兩種:

  (1)耗散到直流回路中人為設置的與電容器并聯的“制動電阻”中,稱之為動力制動狀態;

  (2)使之回饋到電網,則稱之為回饋制動狀態(又稱再生制動狀態)。還有一種制動方式,即直流制動,可以用于要求準確停車的情況或起動前制動電機由于外界因素引起的不規則旋轉。


  能耗制動

  利用設置在直流回路中的制動電阻吸收電機的再生電能的方式稱為能耗制動。其優點是構造簡單,對電網無污染(與回饋制動作比較),成本低廉;缺點是運行效率低,特別是在頻繁制動時將要消耗大量的能量且制動電阻的容量將增大。

  一般在通用變頻器中,小功率變頻器(22kW以下)內置有了剎車單元,只需外加剎車電阻。大功率變頻器(22kW以上)就需外置剎車單元、剎車電阻了。


  回饋制動  

  實現能量回饋制動就要求電壓同頻同相控制、回饋電流控制等條件。它是采用有源逆變技術,將再生電能逆變為與電網同頻率同相位的交流電回送電網,從而實現制動。

  回饋制動的優點是能四象限運行,電能回饋提高了系統的效率。其缺點是:

  (1)只有在不易發生故障的穩定電網電壓下(電網電壓波動不大于10%),才可以采用這種回饋制動方式。因為在發電制動運行時,電網電壓故障時間大于2ms,則可能發生換相失敗,損壞器件。

  (2)在回饋時,對電網有諧波污染。

  (3)控制復雜,成本較高。


  隨著國內外對變頻器的研究和應用取得飛速的進步,尤其是通用變頻器在工業生產中得到了廣泛的應用,能量回饋技術必將越來越得到重用。


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