能量回馈装置

作者:九州体育 发布时间:2020-06-30 03:48

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  在电梯、矿山提升机、港口起重机、工厂离心机、油田抽油机等许多场合,都会伴随着负载势能、动能的变化。比如,提升机、起重机等在下放重物时势能会减小,离心机设备在停机时,动能会减小。而由能量守恒定律我们知道,能量是不会凭空消失的,那么这部分能量到哪里去了呢?答案是通过电机转换成为了再生电能。实际上,在采用变频调速的设备里,这部分电能一般是通过能耗制动电阻再转换为热能白白浪费掉了的。

  设想如果能够有一种装置,将这部分再生电能利用起来回送到电网,那么不是可以省下这部分电能,起到节能降耗的效果吗?能量回馈装置就是这样一种产品。它使用的电力电子变换技术,其主要实现的作用就是将上述设备在运行过程中所产生的再生电能利用起来,并转换为同步的交流电能回送到电网,起到节电的效果。

  万洲集团新推出的节能专用产品,适用于国民经济各行业具有位能负载、大惯量负载和长时间(频繁)减速制动的场合,产品配套与节能改造。WNK系列回馈节能装置采用了第三代电流控制算法,核心部分采用了美国TI的工业控制专用DSP处理器和高性能电力电子器件IGBT/IPM,使产品的回馈效率高,电流谐波极小,从而避免了常见回馈装置对现场设备控制系统的干扰,确保了加装回馈装置后不会影响现场设备的正常运行。

  将运动中负载上的机械能(位能、动能)通过能量回馈装置变换成电能(再生电能)并回送给交流电网,供附近其它用电设备使用,使电机拖动系统在单位时间消耗电网电能下降,从而达到节约电能的目的。

  能量回馈装置的作用就是能有效的将电动机的再生电能高效回送给交流电网,供周边其它用电设备使用,节电效果十分明显,一般节电率可达15%~45%。此外,由于无电阻发热元件,机房温度下降,可以节省机房空调的耗电量,在许多场合,节约空调耗电量往往带来更优的节电效果。

   节能性:把再生能量回馈电网,效率高达97%,增加运行经济效益,节能环保。

   安全性:采用先进的电力电子技术和高性能的IGBT作为开关器件;

  电压畸变率5%,符合IEC61000-3-2及GB/T14549对电网谐波的要求;

   回馈性:采用自诊断技术确保输出电压精确,防止电流回送,使变频器不受任何影响。

   实用性:系统节电效果好,发热量低、安全性高、维护工作量小。

  而采用先进的 IGBT 器件和相幅控制 PWM 算法,可用于提高变频器的减速制动能力,同时将电机在制动过程中产生并输入到变频器的能量回馈到电网,从而在满足变频器有效制动的同时,能把95% 以上的再生电能回收利用。

  为了解决电动机处于再生发电状态产生的再生能量,德国和日本的公司都研制推出了电机四象限运行的变频器或电源再生装置,将再生能量回馈到电网中。但这些装置普遍存在的问题是这些装置价格昂贵,再加上一些产品对电网的要求很高,不适合我国的国情。而国内在中小容量系统中大都采用能耗制动方式,即通过内置或外加制动电阻的方法将电能消耗在大功率电阻器中,实现电机的四象限运行,该方法虽然简单,但缺点是显而易见的:(1)浪费能量,降低了系统的效率;(2)电阻发热严重,影响系统的其他部分正常工作;(3)简单的能耗制动有时不能及时抑制快速制动产生的泵升电压,限制了制动性能的提高

  通用变频器大都为电压型交-直-交变频器。三相交流电首先通过二极管不控整流桥得到脉动直流电,再经电解电容滤波稳压,最后经无源逆变输出电压、频率可调的交流电给电动机供电。这类变频器效率高、精度高、调速范围宽,所以在工业中获得广泛应用。但是通用变频器不能直接用于需要快速起、制动和频繁正、反转的调速系统,如高速电梯、矿用提升机、轧钢机、大型龙门刨床、卷绕机构张力系统及机床主轴驱动系统等。因为这种系统要求电机四象限运行,当电机减速、制动或者带位能性负载重物下放时,电机处于再生发电状态。由于二极管不控整流器能量传输不可逆,产生的再生电能传输到直流侧滤波电容上,产生泵升电压。而以IGBT为代表的全控型器件耐压较低,过高的泵升电压有可能损坏开关器件、电解电容,甚至会破坏电机的绝缘,从而威胁系统安全工作,这就限制了通用变频器的应用范围

  运行,并克服传统制动方法的并联电阻消耗能量造成的浪费,在变频器整流电路中采用自关断器件进行PWM控制,可使电网侧的输入电流接近正弦波并且功率因数达到1,消除网侧谐波污染,能量双向流动,使电机四象限运行;同时对于各种调速场合,使电机很快达到速度要求,动态响应快。如图1所示。双PWM控制技术的工作原理:①时,能量由交流电网经整流器中间滤波电容充电,逆变器在PWM控制下将能量传送到电机;②当电机处于减速运行状态时,由于负载惯性作用进入发电状态,其再生能量经逆变器中开关元件和续流二极管向中间滤波电容充电,使中间直流电压升高,此时整流器中开关元件在PWM控制下将能量回馈到交流电网,完成能量的双向流动。同时由于PWM整流器闭环控制作用,使电网电流与电压同频同相位,提高了系统的功率因数,消除了网侧谐波污染。其优点是制动力矩大,调速范围宽,动态性能好。

  系统的主回路结构如图2所示,主要由滤波电容、三相IGBT全桥、串联电感及一些外围电路组成。电梯能量回馈系统的输入端与电梯变频器的直流母线侧相连,输出端与电网侧相连。

  电梯运行时有四个工况分别是:(1)空车上行和满载下行,即轿箱或配重较轻的一边上升,此时是系统释放势能的过程,曳引机工作在发电状态。(2) 空车下行与满载上行,即轿箱或配重较轻的一边下降,此时系统势能在不断增加,曳引机工作在电动状态。(3)当电梯到达所在楼层减速制动时,系统释放动能,此时曳引机也工作在发电状态。(4)电梯在半载或在接近半载状态下运行,此时曳引机工作在平衡或接衡工况,这是电梯运行的最大概率工况。

  当电梯运行在(1)、(3)工况时,曳引机工作在发电状态,所产生的能量通过电动机和变频器转化为变频器直流母线上的直流电能。这些能量被临时存储在变频器直流回路的大电容中,能量回馈系统是将电梯变频器直流侧大电容中储存的


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