[实用新型]一种四象限变频器

说明书

技术领域

本实用新型属于变频器控制技术领域，涉及一种在一些快速制动的场合，如电梯、起重、矿山提升机、离心机、油田抽油机、风力并网发电等场合用的四象限变频器。

背景技术

变频调速技术涉及电子、电工、信息与控制等多个学科领域，采用变频调速技术是节能降耗、改善控制性能、提高产品产量和质量的重要途径，已在应用中取得了良好的应用效果和显著的经济效益，通用变频器大都为电压型交-直-交变频器，即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。这类变频器虽然在工业中获得广泛应用，但是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GTR、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；为了解决电动机处于再生发电状态产生的再生能量，德国西门子公司已经推出了电机四象限运行的电压型交-直-交变频器，日本富士公司也成功研制了电源再生装置，如RHR系列、FRENIC系列电源再生单元，它把有源逆变单元从变频器中分离出来，直接作为变频器的一个外围装置，可并联到变频器的直流侧，将再生能量回馈到电网中。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。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，但有如下严重缺点:(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(制动力矩大，调速范围宽，动态性能好)。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，而提供一种四象限变频器，使得通用变频器频率及电压可控、易操作等特点，而且能够实现对电机制动产生电能的重复利用，功率因数大幅提高，最终达到理想的节能效果。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种四象限变频器，变频器设置在电网和感应电机之间，其特征在于，在变频器直流母线侧设置有用于实时监视及控制母线并使四象限稳定运行达到节能的能量回馈单元，所述的变频器上直流母线的负极端DC-与能量回馈单元的DC-电气连接，变频器上的DC+与能量回馈单元的DC+端电气连接，能量回馈单元的三相交流输出并接在变频器的输入侧R、S、T，能量回馈单元的端子PE端子可靠接地，所述的能量回馈装置检测到变频器母线电压达到其设定值时，便会将回馈电能转换为工频频率传送至电网进行节能调节。

为优化上述方案采取的措施具体包括：

在上述的一种四象限变频器中，所述的变频器的电气设计部分包括依次电连接的整流部分、充电回路、滤波部分、逆变部分、控制回路部分和人机界面部分，所述的整流部分包括六个二极管并用于将工频交流电整流为脉动的直流电，供下级电路使用，所述的充电回路用于对冲击电流的抑制、缓冲以及上电作用，所述的滤波部分用于将脉动的直流电变得平缓，消除尖峰电压，逆变部分再将直流电转换为交流电输出，完成整个主回路的动作，控制回路部分包括隔离驱动板、开关电源板和主控板，控制回路部分用于在整个过程中起到对于主回路进行全面调控的作用，所述的隔离驱动板用于输出相应的SPWM脉冲，从而控制IGBT门极的开关速率，达到调节输出电压和输出频率的目的，所述的开关电源板用于达到对电压、频率的实时控制，主控板用于运算和保护电路为辅对各个输入信号进行处理、运算，所述的人机界面部分主要用于使用者对其内部参数的设定、更改和监视以及各项报警和故障输出显示。

在上述的一种四象限变频器中，所述的充电回路由充电电阻和接触器组成，充电电阻用于在上电瞬间给储能电容充电，起到对冲击电流的抑制和缓冲作用，充电完毕后接触器会继而吸合，将充电电阻短路，完成变频器的上电。

在上述的一种四象限变频器中，所述的滤波部分采用大容量电解电容组并用于负责将脉动的直流电变得平缓，消除尖峰电压。