[实用新型]交流变频调速再生电能回馈装置

说明书

本实用新型涉及一种新型的有源逆变技术，特别是一种将电压型逆变器变频调速系统中交流电动机工作在发电制动状态时，产生的再生电能逆变为与电网同频率的交流电能回馈至电网的将其增强为具有四象限运行功能的交流变频调速再生电能回馈装置。

现代交流变频调速以其显著的技术经济优势近十年来在国外工业发达国家发展迅猛并已获得广泛应用，其中直流侧采用二极管这类元件构成的不控整流的交－直－交电压型逆变器（变频器）在中、小型交流电气传动系统中应用极为普遍。当这种传动系统的交流电动机工作在降频减速、降频停机或负载反拖（如电梯、起重机下放重物）等工况时，电机被生产机械的惯性或位势负载拉着运转于高于同步转速而工作在发电制动状态，并将生产机械贮存的动能或位势能转变为电能向直流侧的滤波电容充电，若不及时泄放这些电能将导致直流侧电压急剧上升直至过电压跳闸。现有的各种有源逆变技术用于这种系统时，无法解决逆变失败和逆变环流两个关键技术，不能将这部分再生电能进行有源逆变回馈至电网。为了泄放这些再生电能以防止直流侧滤波电容充电电压过高，目前只能配用专门的电阻放电组件。当电压超过整定值后及时接入放电电阻将这部分能量变为热能消耗在电阻上，实现再生电能电阻放电制动。显然这种运行方式属耗能型、其制动转矩随放电电阻的投入和切除而上下跳动，制动效果欠佳。其使用寿命还受限于放电组件允许投入的次数。

本实用新型的目的在于针对现有的直流侧采用不控或半控整流的交－直－交电压型变频技术中存在的不足，设计了一种交流变频调速再生电能回馈装置。

本实用新型可将直流电能逆变为与电网同频率的交流电能回馈至电网，特别适用于将电压型逆变器（变频器）变频调速系统中交流电动机工作在发电制动状态时产生的再生电能逆变为与电网同频率的交流电能回馈至电网，使这种原来只能电动运行的系统也可以发电运行，即具有四象限运行功能。

现有的有源逆变技术使用时有两个基本要求：一逆变角β应小于或等于控制角α以防止环流；二、逆变角β应大于换相重叠角r以避免逆变失败。由于二极管这类不可控整流元件是自然换流的，相当于其控制角α＝0，因此经这类元件整流的直流电源，无法满足上述两个有源逆变的基本条件，不能采用现有的有源逆变技术进行有源逆变。

本实用新型所提供的交流变频调速再生电能回馈装置，成功地解决了这种直流侧采用二极管这类不控整流或半控整流的交－直－交电压型逆变器（变频器）交流变频调速系统有源逆变时的一些关键技术，可以将这种系统中交流电动机工作在发电制动状态时产生的再生电能逆变为与电网同频率的交流电能回送至电网，使这种原来只能工作在电动运行状态的系统也能工作在发电运行状态，因而将这种系统的技术性能提高了一个档次－－变为具有四象限运行功能的变频调速系统，大大扩充了这种系统的应用范围。

针对常规有源逆变电路无法对二极管这类不可控或半可控整流元件整流的直流电能进行有源逆变，本实用新型提供了两种类型的有源逆变电路：一为反并联类型，一为变压器隔离型（如附图1、2、3所示）。

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

附图1为纯全控器件组成的反并联有源逆变电路图。

附图2为半控器件与全控器件混合组成的反并联有源逆变电路图。

附图3为变压器隔离型有源逆变电路图。

附图中，1－整流桥，2－逆变桥，IV－交－直－交逆变器（变频器），EFU－本实用新型主回路电路，GTO－可关断晶闸管，P－IV整流桥的共阴极端，N－IV整流桥的共阳极端，M－交流电动机，GTR－电力晶体管，SCR－晶闸管（可控硅），IT－隔离变压器。

1、反并联型：

如附图1和2所示，反并联有源逆变电路又分为纯全控器件组成的以及半控器件与全控器混合组成的两种形式。

（1）纯全控器件组成的反并联有源逆变电路，如附图1，图1中IV为交－直－交电压型逆变器（变频器），虚线框起来的部分就是本实用新型的有源逆变装置的主回路电路EFU，采用的全控器件GTO组成逆变桥（2），它的共阴极端与IV直流侧整流桥（1）的共阳极端N相连，它的共阳极端则与逆变器（IV直流侧整流桥（1）的共阴极端P相连。EFU的交流侧则与IV整流桥（1）的交流输入端并接于电网。显然图1中EFU的逆变桥（2）中的GTO元件和IV的整流桥（1）中的二极管等整流元件是接成反并联形式的，图1中的GTO也可以换成GTR、IGBT、MCT、SITH等全控器件。适当的控制逆变桥（2）的导通角，即可实现有源逆变。