四象限矢量变频器在应用中的相关技术

1.四象限矢量变频器的概况

当电动机功率较大（≥100kW），设备GD²较大时，或是反复短时连续工作时，从高速到低速的降速幅度较大，且制动时间也较短时，为减少制动过程的能量损耗，将动能变为电能回馈到电网去，以达到节能功效，可使用能量回馈制动装置。回馈制动条件有：

（1）电动机从高速（f_H）到低速（f_L）减速过程中，频率突减，因电动机的机械惯性使得转差s＜0，电动机处于发电状态，这时的反电动势E＞U（端电压）。

（2）从电动机在某一个f_N运行，到停车时f_N=0，在这个过程中，电动机出现发电运行状态，这时反电动势E＞U（端电压）。

（3）位能（或势能）负载，如起重机吊了重物下降时，出现实际转速n大于同步转速n₀，这时也出现电动机发电运行状态，当然E＞U是必然的。

2.能量回馈制动原理

众所周知，一般通用变频器其桥式整流电路是三相不可控的，因此无法实现直流回路与电源间双向能量传递，解决这个问题的最有效的办法是采用有源逆变技术，如图1所示。

图1 变频器与电源再生变流器组合时的连接电路

即将再生电能逆变为电网同频率、同相位的交流电回馈电网，如图2所示，从而实现制动。

图2 电流追踪型PWM整流器组成

从图2可知，它采用了电流追踪型PWM整流器组成方式，这样就容易实现功率的双向流动，且具有很快的动态响应速度，同时这样的拓扑结构使得我们能够完全控制交流侧和直流侧之间的无功和有功功率的交换，且效率可高达97%，经济效益较大，热损耗为能耗制动的1%，同时不污染电网。所以，回馈制动特别适用于需要频繁制动的场合，电动机的功率也较大，这样节电效果明显，按运行的工况条件不同，平均约有20%的节电效果。

3.能量回馈制动的特点

（1）可广泛应用于PWM交流传动的能量回馈制动场合的节能运行。

（2）回馈效率高，可达97%，热损小，仅为能耗的1%。

（3）功率因数约等于1.

（4）谐波电流较小，对电网的污染很小，具有绿色环保的特点。

（5）节省投资，易于控制电源侧的谐波和无功分量。

（6）在多电机传动中，每一单机的再生能量可以得到充分利用。

（7）具有较大的节电效果（与电动机的功率大小及运行工况有关）

（8）当车间由共用直流母线为多台设备供电时，回馈制动的能量可直接返回直流母线，供给其它设备使用。经过核算可以节省回馈逆变器容量，甚至可以不用回馈逆变器。

4.什么是四象限实施的条件（图3）

实现能量回馈三个必要和充分条件

（1）负载必须是势能或位能负载例电梯、下运皮带、矿井吊笼、起重吊车（上下运动）等。

（2）回馈装置要保证三个电的参数，即相位差±5°，电压差±5V，频率差±0.5Hz，这样方可将电能回馈送入电网去。

（3）变频器的主电路一般是电压型CSV交-直-交拓扑电路方式，其整流AC/DC电路，一定要用可控整流即IGBT组成，即与逆变器DC/AC的PWM电路一样，而不是二极管、三相六脉冲不可控整流。