CN201504207U - 一种带能量回馈的交流传动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种带能量回馈的交流传动系统，本系统包括无线电干扰抑制滤波器、进线电抗器、变频器、能量回馈装置和电动机，电网依次通过无线电干扰抑制滤波器、进线电抗器接至变频器，变频器接至电动机，变频器还通过能量回馈装置接回电网。能量回馈装置包括功率板和控制板，功率板的母线电压输入端接至变频器的输出端，功率板的脉冲信号输入端接至控制板的脉冲信号输出端，功率板的母线电压检测输出端接至功率板的直流电压输入端，功率板的反馈电压输出端通过输出滤波电路接至电网，输出滤波电路通过电流输出端接至控制板的电流输入端，电网还与控制板的交流电压输入端相连。本系统应用面广，节能效率高，电动机制动特性好。

Description

一种带能量回馈的交流传动系统

技术领域

本实用新型涉及变频器调速领域，特别是涉及一种交流传动系统。

背景技术

随着电力电子技术的发展，交流电动机的变压变频调速应用越来越广泛。当电动机工作于发电状态，即电动机快速制动，则能量的传输需要反向，会在滤波电容上累积，从而产生泵升电压。如果泵升电压过高，会威胁系统的安全。在传动系统中处理泵升电压的方法是：在单轴传动中，在变频器的中间母线上加内置或外置的制动单元，使得多余的能量在能耗电阻上消耗掉；在多轴传动中，在直流母线上加带能耗电阻的制动单元，将电动机回馈的能量消耗在制动电阻上。现有的处理方法造成了很大的能量浪费，在制动很频繁的场合这种问题更突出。在处处都提倡节约、绿色环保的今天，研制出将制动能量回馈到电网的装置非常有必要。市场上虽然有一些取代能耗制动的能量回馈装置面世，但它们都是针对某一特殊的领域(如电梯、油田磕头机)，其结构和功率都有很多的局限性，不能用在环境更恶劣、功率更大、回馈电网电能的质量要求更高的场合，并且这些能量回馈装置都只考虑了反馈到电网去的电能质量问题，没能兼顾到电动机在回馈状态下的制动效果。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种带能量回馈的交流传动系统，本系统适用面广，还兼顾到电动机在回馈状态下的制动效果。

本实用新型所采用的技术方案是：本系统包括无线电干扰抑制滤波器、进线电抗器、变频器、能量回馈装置和电动机，电网依次通过无线电干扰抑制滤波器、进线电抗器接至变频器，变频器接至电动机，变频器还通过能量回馈装置接回电网。能量回馈装置包括功率板和控制板，功率板的母线电压输入端接至变频器的输出端，功率板的脉冲信号输入端接至控制板的脉冲信号输出端，功率板的母线电压检测输出端接至功率板的直流电压输入端，功率板的反馈电压输出端通过输出滤波电路接至电网，输出滤波电路通过电流输出端接至控制板的电流输入端，电网还与控制板的交流电压输入端相连。

本实用新型的优点：本传动系统因为使用了独特的能量回馈装置，能满足恶劣条件下的应用。就整个交流传动系统而言，用能量回馈装置替代了以往的能耗制动电阻，达到了节能的目的。由于能量回馈装置不仅考虑到输往电网的电能的质量，而且综合考虑了能量回馈装置输出电流对电动机制动性能的影响，因此通过对输出电流的控制可以改善电动机的制动特性。

附图说明

图1为单轴传动，有能量回馈装置的方案；

图2为多轴传动，有能量回馈装置的方案；

图3为能量回馈装置的系统组成及原理框图。

具体实施方式

如图1、图3所示，本交流传动系统包括无线电干扰抑制滤波器、进线电抗器、变频器、能量回馈装置和电动机。电网依次通过无线电干扰抑制滤波器、进线电抗器接至变频器，变频器接至电动机，变频器还通过能量回馈装置接回电网。能量回馈装置包括功率板和控制板，功率板的母线电压输入端接至变频器，功率板的脉冲信号输入端接至控制板的脉冲形成电路的输出端，控制板的直流电压采样及处理电路的直流电压采样输入端接至功率板的直流电压输入端，功率板的输出端通过输出滤波电路接至电网，输出滤波电路通过电流检测器的输出接至控制板的电流检测输入端，电网还与控制板的交流电压采集及处理电路的输入端相连。

如图3所示，所述控制板包括脉冲形成电路、滞环比较电路、交流电压采集及处理电路、电流检测及处理电路、直流电压采样及处理电路和辅助电源，脉冲信号输出端接至脉冲形成电路，脉冲形成电路与滞环比较电路、直流电压采样及处理电路均相连，滞环比较电路还与电流检测及处理电路、交流电压采集及处理电路、直流电压采样及处理电路相连，电流检测及处理电路外接电流传感器，交流电压端接至交流电压采集及处理电路，交流电压采集及处理电路还与直流电压采集及处理电路相连，直流电压采集及处理电路还外接直流电压输入端，为控制板提供电源的辅助电源接有一温控开关。

控制板各模块的作用是：

交流电压采集及处理电路：检测交流电压的幅值，频率，相位，使能量回馈的输出电压的幅值高于电源幅值，频率与电网频率相同，相位与电网相位一致。

电流检测及处理电路：利用霍尔效应，检测能量回馈装置输出到电网的电流，经过一定的处理后，送到滞环比较电路，从而控制输出电流的大小和幅值，以使能量回馈装置的输出功率因素接近1。

滞环比较电路：将脉冲形成电路形成的电流给定值与采集到的电流比较，并加入一些补偿电路，得到驱动IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的PWM(脉宽调制)波。

脉冲形成电路：综合考虑能量回馈装置输出电压与电网同频率、同相位，电流波形接近正弦波，输出功率因数为1，电动机制动效果最佳等因数，计算出最优的PWM波脉冲序列来控制IGBT的开关。

直流电压采样及处理电路：通过采集母线上直流电压的大小来确定能量回馈装置何时投入工作，何时断开电网。以及过压保护。

辅助电源电路：提供系统正常工作的各路电源。

功率板包括6个IGBT，即T1、T2…T6，IGBT的门极和发射极均接至脉冲信号输入端，T1、T3、T5的发射极分别接至T2、T4、T6的集电极，二极管D1、D2…D6的两端分别接至T1、T2…T6的集电极和发射极。D1～D6为寄生在IGBT中的续流二极管。T1、T3、T5的发射极分别接至输出端的三相，电阻R1、R2和电容C1、C2分别串连后均接至T1的集电极和T2的发射极之间，T1的集电极和T2的发射极还接至母线电压检测输出端。C1、C2为母线电容，R1、R2为均压电阻。

输出滤波电路包括依次连接的输出滤波电抗器、电流传感装置、输出滤波电容和接触器Q1，输出滤波电抗器由依次串接在三相输出线上的电感L1、L2、L3组成，电流传感装置由依次接在三相输出线上的电流传感器S1、S2、S3组成，输出滤波电容由依次接在三相输出线上的电容C3、C4、C5组成，接触器Q1则通过三相输出线接至电网端子，电流传感器的输出还接到电流检测及处理电路，接触器Q1还接至交流电压采集及处理电路。

脉冲信号输出端和脉冲信号输入端的连接端子为J11、J10、J12。T1、T2的门极和发射极接至J11，T3、T4的门极和发射极接至J10，T5、T6的门极和发射极接至J12。母线电压检测输出端和直流电压输入端的连接端子为J1。交流电压输入端的连接端子为J5，接触器Q1通过连接端子J4接至交流电压采集及处理电路。温控开关K1通过连接端子J3接至辅助电源。电流检测及处理电路的输入端为J6、J7、J8，电流传感器S1、S2、S3依次通过连接端子J6、J7、J8接至电流检测及处理电路。

如图2所示，变频器可包括整流装置和逆变器，整流装置通过直流母线接至能量回馈装置，直流母线还通过逆变器接至电动机。

本系统的工作原理：当系统检测到母线电压高于一定的设定值时，该电路开始工作，通过滞环比较及处理电路形成有规律的脉冲，该脉冲电路驱动功率板上的6个IGBT，将母线直流电压逆变为三相交流电压。三相交流电压经过滤波电感L1、L2、L3和滤波电容C3，C4，C5输出到接触器Q1，连接到端子U，V，W上再与电网直接相连，此时母线电压经过逆变后就接到交流电网，将制动的能量反馈到电网上。母线电压越高，反馈到电网的能量会越大；反之，母线电压下降到一定的设定值，该电路停止工作。

实施例1：如图1所示，电动机所带的负载是卷取机等惯性负载，当卷取机处在减速状态时，钢卷由于惯性作用使变频器工作在发电状态，变频器母线电压会升高，能量回馈装置在母线电压升到一定的值时会自动投入工作，将母线直流电压逆变为与电网同频率、同相位的交流电，幅值比电网电压高，这样制动产生的能量回馈给了电网，达到了节能的目的；通过能量回馈装置，可以调节回馈电流的大小和曲线，可以使电动机达到最佳的制动效果。

实施例2：如图2所示，本传动系统驱动多个负载，电网依次接无线电干扰抑制滤波器、进线电抗器、整流装置、直流母线、n个逆变器，每个逆变器驱动一个电机负载，逆变器1驱动电机1，逆变器2驱动电机2，……，逆变器n驱动电机n。直流母线通过能量回馈装置接回电网。

与传统的能量回馈装置相比较，其特点在于：传统的能量回馈装置是针对某一具体的领域(如电梯、磕头机)，本能量回馈装置可以适用于所有带制动回馈的地方；传统的能量回馈装置只考虑到输出到电网的电压、电流的质量，而没有考虑到制动时回馈电流对电动机制动力矩的影响，本回馈装置考虑回馈电网电流的质量的同时，考虑回馈电流对电动机制动力矩的影响，使回馈时制动力矩能达到最优。

Claims (5)

1.一种带能量回馈的交流传动系统，包括无线电干扰抑制滤波器、进线电抗器、变频器、能量回馈装置和电动机，电网依次通过无线电干扰抑制滤波器、进线电抗器接至变频器，变频器接至电动机，变频器还通过能量回馈装置接回电网，其特征在于：能量回馈装置包括功率板和控制板，功率板的母线电压输入端接至变频器，功率板的脉冲信号输入端接至控制板的脉冲形成电路的输出端，控制板的直流电压采样及处理电路的直流电压采样输入端接至功率板的直流电压输入端，功率板的输出端通过输出滤波电路接至电网，输出滤波电路通过电流检测器的输出接至控制板的电流检测输入端，电网还与控制板的交流电压采集及处理电路的输入端相连。

2.如权利要求1所述的交流传动系统，其特征在于：所述控制板包括脉冲形成电路、滞环比较电路、交流电压采集及处理电路、电流检测及处理电路、直流电压采样及处理电路和辅助电源，脉冲信号输出端接至脉冲形成电路，脉冲形成电路与滞环比较电路、直流电压采样及处理电路均相连，滞环比较电路还与电流检测及处理电路、交流电压采集及处理电路、直流电压采样及处理电路相连，电流检测及处理电路外接电流传感器，交流电压端接至交流电压采集及处理电路，交流电压采集及处理电路还与直流电压采集及处理电路相连，直流电压采集及处理电路还外接直流电压输入端，为控制板提供电源的辅助电源接有一温控开关。

3.如权利要求1所述的交流传动系统，其特征在于：功率板包括6个IGBT，即T1、T2…T6，IGBT的门极和发射极均接至脉冲信号输入端，T1、T3、T5的发射极分别接至T2、T4、T6的集电极，二极管D1、D2…D6的两端分别接至T1、T2…T6的发射极和集电极，且均为正向偏置，T1、T3、T5的发射极分别接至反馈电压输出端的三相，电阻R1、R2和电容C1、C2分别串连后均接至T1的集电极和T2的发射极之间，T1的集电极和T2的发射极还接至母线电压检测输出端。

4.如权利要求1所述的交流传动系统，其特征在于：输出滤波电路包括依次连接的输出滤波电抗器、传感装置、输出滤波电容和接触器，输出滤波电抗器由依次串接在三相输出线上的电感L1、L2、L3组成，传感装置由依次接在三相输出线上的电流传感器S1、S2、S3组成，输出滤波电容由依次接在三相输出线上的电容C3、C4、C5组成，接触器则通过三相输出线接至电网端子，电流传感器的输出接至电流输出端，接触器还接至交流电压采集及处理电路。

5.如权利要求1～4中任一顶所述的交流传动系统，其特征在于：变频器包括整流装置和逆变器，整流装置通过直流母线接至能量回馈装置，直流母线还通过逆变器接至电动机。

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