電能回饋裝置與二極管整流裝置并聯(lián)研究

摘要：通用變頻器中常用二極管整流裝置進(jìn)行整流，存在無(wú)電能回饋功能的缺點(diǎn)。三相電能回饋裝置作為一個(gè)獨(dú)立、外掛式的回饋裝置與二極管整流裝置并聯(lián)使用，可實(shí)現(xiàn)變頻器回饋功能。然而在裝置進(jìn)入回饋狀態(tài)后，因?yàn)閮煞N裝置并聯(lián)會(huì)導(dǎo)致二極管整流裝置存在脈沖電流通過(guò)的問(wèn)題，影響電網(wǎng)及周邊電子設(shè)備。提出了一種改進(jìn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)結(jié)合滯環(huán)電流控制的解決方法消除脈沖電流。最后，通過(guò)仿真分析及實(shí)際應(yīng)用證明了該方法的有效性和正確性。
關(guān)鍵詞：變頻器；電能回饋；二極管整流；滯環(huán)電流

1 引言
通用變頻器常用二極管整流裝置對(duì)三相交流電進(jìn)行整流，從而為直流母線提供直流電壓，但存在無(wú)回饋功能的缺點(diǎn)，當(dāng)電機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)時(shí)，回饋的能量將傳輸?shù)街绷髂妇€電容上，產(chǎn)生泵升電壓，使電容電壓不穩(wěn)。而且高泵升電壓可能損壞開關(guān)器件，從而威脅變頻器安全工作。通常做法是并聯(lián)一個(gè)電阻將這部分電能消耗掉，但又存在電能浪費(fèi)、電阻發(fā)熱等問(wèn)題。
此處提出一種采用回饋裝置與二極管整流裝置并聯(lián)的方法，當(dāng)電機(jī)處于再生制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，將再生能量回饋到電網(wǎng)，解決了電網(wǎng)污染、電能浪費(fèi)等問(wèn)題，保證了電機(jī)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。主要對(duì)回饋裝置與二極管整流裝置并聯(lián)帶來(lái)的問(wèn)題及解決方法進(jìn)行研究，并給出了仿真分析及實(shí)際應(yīng)用結(jié)果。

2 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及改進(jìn)
2．1 電能回饋裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及數(shù)學(xué)模型
圖1示出三相電能回饋裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要由三相逆變器、濾波器和電網(wǎng)組成。

為建立圖1中電能回饋單元數(shù)學(xué)模型，假設(shè)：①電源為三相對(duì)稱正弦電壓；②網(wǎng)側(cè)濾波電感是線性的，且不考慮飽和；③功率開關(guān)管為理想開關(guān)，無(wú)導(dǎo)通關(guān)斷延時(shí)，無(wú)損耗。對(duì)于三相對(duì)稱系統(tǒng)有：
uu=Emsinθ，uv=Emsin(θ-2π／3)，uw=Emsin(θ+2π／3) (1)
uu+uv+uw=0， ia+ib+ic=0 (2)
式中：uu，uv，uw為三相對(duì)稱電網(wǎng)相電壓；Em為電網(wǎng)相電壓峰值；ia，ib，ic為三相線電流；θ為相位角。
對(duì)三相交流側(cè)應(yīng)用基爾霍夫電壓定律，則有：

式中：Sj(j=a，b，c)為單極性二值邏輯開關(guān)函數(shù)，Sj=1時(shí)，上管導(dǎo)通，下管關(guān)斷，Sj=0時(shí)，上管關(guān)斷，下管導(dǎo)通；Udc為直流母線電壓；uNO為N點(diǎn)相對(duì)于O點(diǎn)電位。
由式(2)，(3)聯(lián)立可得：
uNO=-Udc(Sa+Sb+Sc)／3 (4)
2．2 并聯(lián)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及改進(jìn)
為實(shí)現(xiàn)通用變頻器的回饋功能，簡(jiǎn)單且節(jié)省成本的方法就是直接在直流母線和三相電網(wǎng)間并聯(lián)一套三相電能回饋裝置，如圖2所示。

此時(shí)，三相電能回饋單元作為一個(gè)獨(dú)立、外掛式的電能回饋裝置，當(dāng)電機(jī)處在制動(dòng)或負(fù)載倒拖時(shí)，電機(jī)將處于發(fā)電狀態(tài)，給直流母線電容充電，Udc上升。當(dāng)上升到一定值如620 V時(shí)，三相電能回饋裝置開始工作，將直流母線電容上的電能及時(shí)回饋到電網(wǎng)，使Udc維持在一個(gè)安全的范圍內(nèi)。當(dāng)電機(jī)制動(dòng)結(jié)束或負(fù)載不再處于倒拖狀態(tài)，電機(jī)進(jìn)入電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，Udc開始下降。當(dāng)下降到設(shè)定值假設(shè)為615 V時(shí)，三相電能回饋裝置停止工作。三相電能回饋裝置一直重復(fù)回饋→停止→+回饋的過(guò)程。
若不并聯(lián)電能回饋裝置，當(dāng)Udc高于620 V時(shí)，二極管整流裝置必然處在截止?fàn)顟B(tài)；但當(dāng)兩者并聯(lián)應(yīng)用時(shí)，Udc高于620 V時(shí)，三相電能回饋裝置進(jìn)入工作狀態(tài)，6個(gè)IGBT就會(huì)進(jìn)入開關(guān)調(diào)制狀態(tài)，受上橋IGBT開通關(guān)斷狀態(tài)的影響，由式(4)可知，uNO會(huì)產(chǎn)生浮動(dòng)變化。此處以u(píng)相為例分析說(shuō)明三相電能回饋裝置與二極管整流裝置并聯(lián)后，電能回饋裝置對(duì)二極管整流裝置的影響。