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

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

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。