变频调速器回馈制动单元的设计0平面轴承

变频调速器回馈制动单元的设计

变频调速器回馈制动单元的设计 2011年12月09日 来源： 1　引言　　　　随着电力传动及控制技术的发展，变频调速越来越广泛地应用于工农业各领域，很好地解决了交流电动机的调速问题。而通用变频器常采用交直流电压型逆变器拓朴结构，只能运行在一、三象限。为获得电动机的制动要求，常采用电阻吸收直流侧的泵升能量，由于制动电阻放电时受电阻设计温升的限制，只能规定在较短时间的制动；另一方面这种依靠电阻放电的制动模式无法实现快速的动态响应；而对大功率变频器，电阻制动更为困难。为此我们设计了一种采用PWMAC／DC变换器控制的变频器能量回馈制动单元，与电阻放电制动相比，不仅获得了快速的动态响应，而且把制动电能回馈至电网，且能长期运行，使变频器真正实现了回象限运行。另外能量回馈制动单元工作时其网侧电流为正弦波并为单位功率因数，克服了可控硅有源逆变单元运行时对电网的谐波污染。 2　控制系统的构成及原理　　　　如图2—1，控制系统主电路采用单相PWMAC／DC变换器拓朴结构，L为交流进线电感以实现网侧电流PWM控制，T1～T4采用IPM模块，从而提高了功率开关工作的可靠性并简化了硬件设计。 　　回馈单元的直流侧并接于变频器的直流母线PN端，交流侧并接于电网。　　系统采用80C196MC16位单片微处理器控制，即完成2-1虚框中的运算与PWM波形生成任务。控制系统要用电压外环和电流内环的双环结构。电压外环检测变频器直流侧电压，一旦变频器快速降频制动时，逆变器泵升电压上升至回馈电压V＊时，电压环立即动态调节，使实际电压稳定在V＊附近。为避免整流电路与回馈单元同时工作，V＊电压值一般选择为0．85 Vdm（Vdm为变频器过压保护值），并加入一定滞环以防振荡。而电流环则按电压调节要求迅速调节网侧电流使网侧电流为正弦波且与电网电压反相（功率因数为－1），使直流电能快速回馈至电网，其网侧电流、电压矢量如图2—2所示。 　　在调节器设计上，外环电压调节器采用积分分离PID算法使电压控制具有动态响应快、超调小等优点，而电流环的电流控制则采用基于电压前馈的电流无差拍控制，使网侧电流具有快速跟随性能。3　电流控制算法　　　　如图2—1，设Ve为纯正弦波，Ve＝Vemsinωt；Vn为变流器交流端电压的基波分量，则　　式中R为输入回路等效电阻。考虑tn→tn＋T一个稳态开关周期（T为开关周期），如果开关频率足够高，在一个稳态开关周期中Ve可由对应的瞬时值Ve（tn）代替。对式（3—1）在tn→tn＋T时段上离散化得：　　式（3—5）表明：若按式（3—5）运算并控制变流器交流端输出电压Vn（tn）就可以实现电流无差拍控制，使系统具有较好的跟踪性。而式（3—5）右边如果忽略R则体现了电流控制系统具有电流反馈［i＊（tn）－i（tn）］加电压前馈Ve（tn）的控制特性。　　如果PWM调制采用三角波调制方案，并设三角波峰—峰值为2 h，调制波函数为y（t），显然： 4　回馈单元容量参数设计　　　　回馈单元容量参数主要包括回馈单元功率模块电流参数和电压参数。　　由于回馈单元直流侧与变频器直流侧并接，故功率模块电压参数应与变频器功率模块电压参数一致，如220V系列选择600V耐压模块，380V系列选择1 200V耐压模块。　　下面讨论回馈单元功率模块电流参数的选择。　　这一参数主要通过最快启动、制动能量传递的对比研究而定量获得。　　对于启动过程，设变频器驱动电动机由零速快速升速至所允许的最高转速，其对应的角速度为ωm，若变频器采用最大电流（IBm）限流启动模式，并设最短加速时间为T1，若变频器采用线性V／f模式，则加速过程变频器输出电压、电流曲线近似如图4—1所示。 　　这里假设电机线性加速，变频器线性升压，此时变频器输出电能以驱动电机旋转，由能量平衡关系易得：　　式中η1为变频器输

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