整流回馈逆变控制系统.docx
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整流回馈逆变控制系统
1.公共直流母线的结构与配置
公共直流母线技术是在多电机交流调速系统中，采用单独的整流/回馈装置为系统提供一定功率的直流电源，调速用逆变器直接挂接在直流母线上。
当系统工作在电动状态时，逆变器从母线上获取电能；当系统工作在发电状态时，能量通过母线及回馈装置直接回馈给电网，以达到节能、提高设备运行可靠性、减少设备维护量和设备占地面积等目的。
一、公共直流母线控制系统的组成
公共直流母线控制系统通常由整流/回馈单元、公共直流母线、逆变单元等组成。
回馈单元可分为通过自耦变压器的能量回馈和不通过自耦变压器的能量回馈两种方式。
通过自耦变压器的能量回馈可提高回馈支路中的电源电压，目的是在能量回馈过程中不必降低中间回路电压，使得逆变器能够获得一个较恒稳的直流电源；不通过自耦变压器的能量回馈实际上是保持系统一直处在回馈状态，在整流过程中依靠持续降低具有相角控制的中间回路的电压来实现。
1。
整流/回馈装置：
整流/回馈单元把交流电源转换为电压稳定的直流电源，即使在逆变器能量回馈到电网时，该电压在规定范围内仍保持恒定。
整流/回馈单元的功率部分一般由2个反并联晶闸管桥组成，可在输入端电网和逆变器中间回路之间整流和回馈。
2。
逆变器：
逆变单元把电压稳定的直流电源转化为电压、频率可调的交流电源，以满足电机平滑调速的目的。
二、系统的优点
1。
公共直流母线系统是解决多电机传动技术的最优方案，很好地解决了多电机间电动状态和发电状态之间的矛盾。
在同一系统中，同一时刻不同装置可工作在不同的状态，整流回馈单元保证了公共直流母线电压的稳定供给，又将多余的能量回馈给电网，实现了再生能源的合理利用。
2。
公共直流母线系统设备结构紧凑，工作稳定。
在多电机传动系统中省去了大量的制动单元、制动电阻等外围设备，节省了设备占地面积和设备维护量，减少了设备故障点，提高了设备的整体控制水平。
3。
在辊道等多电机传动的场合应用公共直流母线技术是辊道调速的一种发展方向，它能在取得较高的动静态性能、调速精度的同时将系统再生能量加以合理利用和回收。
2.AB变频器公共直流母线和能量回馈方案
一、概述
在同一时刻相邻变频器驱动的电机有的处于电动有的处于发电状态，处于电动状态的电机消态能量，处于发电状态的电机产生能量，产生的能量要么通过能耗制动以热量的形式散发出去，要么通过能量回馈单元返回电网中去，如果能够将发电状态电动机的能量直接传给电动状态的电机，那么能耗制动所浪费的电能或者能量回馈单元的设备购置费用都可以节省出来，这就是直流母线产生的初衷。
在一套直流母线系统中，当电动所需能量大于发电产生的能量时，整套系统从电网中吸取能量；当短时间内发电产生的能量大于电动所需能量时，系统中多余的能量还是要靠能耗制动或能量回馈单元来消耗的。
在AB变频器的产品应用中，公共直流母有两种使用方法，一种是公共直流母线方案，使用独立的整流单元+独立的逆变单元，另一种是公共交流直流母线方案，将各个独立交流变频器的直流端子直接连起来。
在第一种方案中，我们把整流单元或含有能量回馈功能的整流单元叫做前端，按有无能量回馈功能把前端分为两种，没有能量回馈功能的前端叫NFE（Non-regenerativefrontend），NFE使用二极管或可控硅整流，有能量回馈功能的前端叫做AFE（Active-regenerativefrontend），AFE使用IGBT整流。
AB的NFE有两种，使用二极管的20T系列和使用可控硅的20S系列，AFE是使用IGBT的1336R系列。
20T
20S
1336R
AB变频器中可以用于公共直流母线的有PF40P、PF700和PF700S三个系列。
二、NFE前端
1、20T系列
20T系列有两款产品，输入电压分别是240-480VAC和500-600VAC，直流母线电流都是120A，当输入电压为380VAC时，直流母电压为510VDC。
20T产品列表如下：
输入电压
直流母线电流
直流母线电流
240-480VAC
325-650V
120A
500-600VAC
675-810V
120A
注：
直流母线电压=输入电压×1.35
20T的结构框图如下：
由上图可知，整流单元中己经内置了双直流电抗器③，用于满足二类EMC电磁干扰要求（工业环境）的RFI滤波器③④⑤，用于削弱直流母线过电压的阻容耦合电路⑥，用于输入过电压保护的压敏电阻⑦，和过热保护的热敏继电器。
20T可以单独使用，也可以并联使用，最多可以使用两个20T前端并联组成240A，输出功率120KW的前端。
20T单独使用方案如下，输入电抗器一般为3%阻抗：
两个20T并联使用方案如下：
2、20S系列
20S产品列表如下：
输入电压
直流母线电压
直流母线电流
400/480VAC
540/650V
400A，600A，1000A
600/690VAC
675/930V
1000A
20S系列的400A和600A整流单元结构框图如下：
整流单元己经内置输入交流和输出直流熔断器。
400A和600A的整流单元不可以并联使用。
单独使用时400A的整流单元最大输出功率200KW，600A的整流单元最大输出功率300KW。
1000A的整流单元有三种，独立单元、并联主机和并联从机，所需直流母电流小于1000A时可以使用独立单元或并联主机，不可以使用并联从机。
当所需直流母线电流大于1000A时使用一台并联主机+N台并联从机（N小于等于4），最多可以使用一台并联主机带四台并联从机组成4750A的前端供电能力。
1000A独立单元结构框图如下：
1000A的并联主机结构框图如下：
400A、600A和1000A的整流单元单机应用方案如下：
1000A的并联从机结构框图如下：
1000A单元多机并联方案如下：
三、AFE前端
AFE前端只有一种产品，就是1336R系列，1336R有两种工作模式，一种是AFE方式（整流+能量回馈模式），另一种是能量回馈模式，就是说1336R可以作为变频器能量回馈单元使用。
1336R带有英文操作面板，操作面板与1336系列变频器是通用的；1336R还有Scanport网络接口，可以接入现场总线网络，它的网络接口特性和相关产品与1336系列变频器是通用的。
1336R产品列表如下：
输入电压
直流母线电压
直流母线电流
380-480VAC
510-650V
48A，78A，180A
1336R可以单独使用，也可以多机并联使用以组成输出电流更大的前端。
1336R单机应用方案如下：
1336R多机应用方案如下：
在每个1336R的直流输出端串入共模电抗器以利于各个1336R之间的电流分配。
四、公共交直流母线方案
可以将各个变频器的直流端直接连起来，构成公共交直流母线方案。
不带制动的公共交直流母线：
在公共交直流母线的各个变频器功率不同时，建议在各个变频器的直流端串接反向并联的的二极管串①。
五、公共直流母线中的能耗制动
1、公共直流母线中使用外置能耗制动组件
A、二极管前端
阻容耦合电路①用于限制过电压。
B、可控硅前端
连续制动电流大于直流母线中最大变频器额定电流的150%时，在直流母线中并联电容①。
2、公共直流母线中使用内置制动单元和外置制动电阻
制动电阻接在最大的变频器上。
3、在公共交直流母线中使用外置能耗制动组件
阻容耦合电路④用于限制过电压。
制动单元靠近最大的变频器，如变频器功率一致，靠近制动最频繁的变频器。
4、在公共交直流母线中使用内置制动单元和外置制动电阻
制动电阻接在功率最大的变频器上。
六、能量回馈单元
1336R既可以作为AFE前端（整流+能量回馈模式）使用，也可以做为专门的能量回馈单元使用，1336R的工作模式通过操作面板来选择。
1、一对一方式
一台1336R对一台变频器。
2、一对多方式
一台1336R对多台变频器。
注意图中二极管的方向②。
七、注意事项
1、当直流母线中的逆变单元或变频器之间功率相差很大（一般在五个功率档以上）时，注意以下几点：
A、前端或能量回馈单元应该靠近最大的逆变单元或变频器；
B、在最大的逆变单元或变频器的直流输入端并联电容或反向二极管。
参考资料
1、《ACDrivesinCommonBusConfigurations》，介绍AB的直流母线方案
2、《CommonDCBus》，AB直流母线产品选型
3、《DiodeBusSupplyUserManual》，20T二极管整流单元用户手册
4、《SCRBusSupplyUserManual》，20S可控硅整流单元用户手册
5、《1336REGENLineRegenerationPackageUserManual》，1336R用户手册
回馈过程:
电机制动时处于发电状态，能量经逆变器馈至直流母线，直流母线电压升高，整流回馈单元检测达到设定回馈电压时，反组可控硅导通，经自耦变压器回馈至电网。
自耦变压器：
回馈电源与网侧匹配减小冲击。
为什么要加自耦变压器是为了做到100％的回馈容量。
当整流/回馈单元不需要100％对称运行，可以80％回馈就满足要求的时候，系统就可以省掉自耦变压器。
采用可控硅作为整流回馈单元的系统，母线电压是可控的。
西门子的手册有关于整流回馈单元的描述和注释。
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