回饋制動

回饋制動

回饋制動是變頻器制動方式的一種,也是非常有效的節能方法。並且避免了制動時對環境及設備的破壞。在電力機車等行業中取得了令人滿意的效果。在新型電力電子器件不斷出現,性價比不斷提高的情況下有著廣闊的套用前景。

回饋制動分為直流回饋制動和交流回饋制動。

基本介紹

  • 中文名:回饋制動
  • 外文名:regenerative braking
  • 作用:節能、避免制動對設備的破壞
分類,直流回饋制動,交流回饋制動,工作原理,工作流程,電壓的檢測,電網頻率和相位檢測,特點,優點,缺點,適用場合,

分類

直流回饋制動

正向回饋制動
由於將電能回饋給電網,且轉速始終為正,它不能停車,是一個制動過程,所以成為正向回饋制動運行,制動特性曲線位於第Ⅱ象限。正向回饋制動運行狀態的功率關係與發電機運行狀態一致,所以又稱為發電制動,但與發電機運行不同的是:第一,機械功率的輸入不是由原動機提供,而是由拖動系統即小車減少位能儲存來提供的;第二,輸出的電功率不是送給負載,而是回饋給直流電源。
反向回饋制動
由於制動過程中n為負,功率關係與正向回饋制動時一樣,所以又稱為反向回饋制動運行。反向回饋制動運行的特點是轉速n小於—n0,機械特性方程與反向電動運行時一樣,制動段位於第Ⅳ象限,不能停車,只能高速下放重物。

交流回饋制動

回饋制動採用的是有源逆變技術,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。
要實現回饋制動,就必須要將回饋電能進行同頻同相控制、回饋電流控制等條件,才能將回饋電能安全送達電網上。

工作原理

在變頻調速系統中,電動機的減速和停止都是通過逐漸減小運行頻率來實現的,在變頻器頻率減小的瞬間,電動機的同步轉速隨之下降,而由於機械慣性的原因,電動機的轉子轉速未變,或者說,它的轉速變化是有一定時間滯後的,這時會出現實際轉速大於給定轉速,從而產生電動機反電動勢高於變頻器直流端電壓的情況,這時電動機就變成發電機,非但不消耗電網電能,反而可以通過變頻器專用型能量回饋單元向電網送電,這樣既有良好的制動效果,又將動能轉變化為電能,向電網送電而達到回收能量的效果。
回饋制動原理框圖回饋制動原理框圖
當直流電機的反電勢高於電樞電壓時,電樞將與轉子動能相應的機械功率變為電磁功率後,大部分回饋給直流電源或電網,小部分變為電樞迴路的銅損。此時,電機變為一台與電樞電源或電網並聯運行的發電機,其運行狀態即回饋制動狀態。在回饋制動過程中,電樞電流方向與電動狀態時的相反,有功功率回饋到電源或電網。回饋制動同樣出現在他勵電動機增加磁通的降速過程中。
當異步機轉子轉速高於定子磁場同步速度時,電磁轉矩的方向與轉子轉向相反,異步機既回饋電能又在軸上產生機械制動轉矩,即運行於制動狀態。此時,異步機由軸上輸入機械功率。需要指出的是,異步機在回饋制動過程中,定子內必須建立電機的磁場。這就要求定子要么接到電網,要么接入到容性負載電路中,以供給異步機發電所需要的無功功率。

工作流程

要完成回饋制動,需要完成三方面的工作:1.檢測電壓何時開始回饋;2.保持回饋制動時與電網同頻同相;3.回饋制動時限制回饋電流的大小。

電壓的檢測

在電壓檢測中,主要檢測公共直流母線電壓和電網電壓,檢測電網電壓時,一般需要考慮電網的波動,根據變頻器的中間環節所能承受的直流電壓,再利用回饋制動時,電網允許向上波動+20%,由此在直流電壓檢測時,在電壓值為(1.2*√2)倍的電網線電壓有效值時可以啟動逆變塊A工作,進入回饋制動狀態。

電網頻率和相位檢測

在回饋制動中,是否有效地回饋能量,關鍵是保證與電網同頻、同相,並且回饋時要保證電網輸出正電壓時,輸出負電流。其次,在回饋時要儘量選取電網線電壓的高電壓段,這樣當回饋電流一定時可以獲得較大的能量回饋功率。

特點

優點

電動機直接接到電網時,電機發出的電向電網回饋,但是這樣對電網有較大的影響,如果電機由變頻器拖動時,由於變頻器有中間儲能環節,其儲能是有限的,故電機發電狀態時對變頻器有較大的威脅。變頻器在處理電機的再生髮電時,有多種制動方法,如能耗制動、儲能制動、回饋制動等。對能耗制動方法,電機發出的電會白白的浪費,同時能耗電阻會經常損壞;儲能制動方法中儲能也是有限的,同樣對變頻器有威脅,能量回饋是處理再生髮電的好方法,又是制動的好方法。它保證了變頻器的安全、節約了能量、同時增強了電機的制動功能。

缺點

只有在不易發生故障的穩定電網電壓下(電網電壓波動不大於 10%),才可以採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於2ms,則可能發生換相失敗,損壞器件。
在回饋時,對電網有諧波污染;
控制複雜,成本較高。
在回饋制動中,合理的控制回饋電流大小也是至關重要,回饋電流的大小必須滿足能量回饋功率的要求,如果系統回饋功率小於電機在發電狀態時的輸出功率,在變頻器的公共直流母線上電壓就會繼續升高。由於電網電壓是一定的,系統回饋功率的大小是由回饋電流的大小決定的。
另外回饋電流的大小必須控制在所使用的IGBT的額定範圍內。
回饋制動時,回饋電流變化速度較快,就需要採用有效的控制方式,一般採用滯環電流比較法控制。

適用場合

回饋制動特別適用於電動機功率較大,如大於等於100kw,設備的轉動慣量較大,且反覆短時連續工作,從高速到低速的減速降幅較大,制動時間又短,需要強力制動的場合,如電力機車、採油等行業。

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