共用直流母线方式的回馈制动
电梯一体化能量回馈原理及应用
电梯一体化能量回馈原理及应用摘要：电梯作为一种垂直运输工具，在人们的日常生活中发挥着不可替代的作用。
随着电梯数量的不断增加，电梯能耗问题越来越受到人们的重视。
面对日益强化的资源环境约束，人们的危机意识不断增强，绿色低碳发展理念深入人心。
因此，利用能量回馈原理提高电梯的电能利用率具有重要意义。
关键词：电梯；能量回馈；原理；应用电梯作为一种高能耗的特种设备，人们在享受电梯带来便利的同时，电梯的节能问题也越来越突出。
而能量回馈技术是降低电梯能耗最具潜力的技术，它是将制动电阻原消耗的电能，通过逆变器转换为交流电能，送回交流电网进行再生运行或供附近其他用电设备使用，使电动机拖动系统单位时间内消耗的电能减少，以达到节约电能的目的。
一、电梯的概念依照电梯在实际生活中的运用及特征，电梯的含义分为广义和狭义。
狭义的电梯是指对规定楼层进行服务，具有轿厢等垂直或倾斜的升降设备，不包括自动人行道及自动扶梯等。
对广义的电梯而言，其主要是指具有动力驱动，可沿着刚性导轨进行运行的箱体或沿着固定的线路进行运行的梯级、踏步等，可对人或货物进行升降或平行运送的机电设备。
此外，按运行速度电梯可分为超高速、高速、快速及慢速几种类型。
同时，还可按用途的不同加以区分，如客梯、观光梯等，随着科技的发展，还出现了一些较为特殊的电梯，如立体停车场中所使用的电梯等。
二、能量回馈原理电梯作为垂直交通运输设备，其向上运送与向下运送的工作量大致相等，驱动电动机通常是工作在拖动耗电或制动发电状态下。
当电梯轻载上行及重载下行及电梯平层前逐步减速时，驱动电动机工作在发电制动状态下。
此时是将机械能转化为电能，过去这部分电能要么消耗在电动机的绕组中，要么消耗在外加的能耗电阻上。
前者会引起驱动电动机严重发热，后者需要外接大功率制动电阻，不仅浪费了大量的电能，还会产生大量的热量，导致机房升温。
有时候还需要增加空调降温，从而进一步增加了能耗。
电能回馈技术利用变频器交-直-交的工作原理，将机械能产生的交流电(再生电能)转化为直流电，再通过电能回馈技术将直流电逆变成交流电回馈到电网，供电网其他设备使用，从而使总耗电量下降，以起到电梯节能的目的。
共用直流母线系统变频器及其应用
在同一电力拖动系统中的一个或多个传动，有时会发生从电动机端发电得到的能量反馈到传动的变频器中，这种现象叫做再生能量。
这种情况一般发生在电动机被拖着走时(也就是被一个远远高于设定值的速度拖动时)，或者是当传动电动机发生制动以提供足够的张力时(如放卷系统中的传动电动机)。
传统非四象限的PWM变频器并没有使再生能量反馈到电网(三相电源)的功能，变频器从电动机吸收的能量都会保存在电解电容中，最终导致变频器中的母线电压升高b对于一些单台以变频方式运行的设备，常对其变频器配备制动单元和制动电阻，当有再生能量时，变频器的控制系统就通过短时间接通电阻使再生能量以热方式消耗掉。
这种处理再生能量的方式要充分考虑制动时最大的电流容量、负载周期和消耗到制动电阻上的额定功率，就可以设计出合适的制动单元，并以连续的方式消耗电能，最终能够保持母线电压的平衡。
这种通过制动单元消耗再生能量的工作方式其实是一种浪费电能的方式。
对于一些成群组运行的生产设备(如离心机、化纤设备、造纸机、油田磕头机等)的电动机传动中，其再生能量的现象发生十分频繁.，且常发生在不同时刻。
对这样的系统设备，如果通过制动单元消耗再生能量的工作方式，则电能浪费将于分可观。
对此使用一种实用的通用变频器直流母线方案则可很好地解决再生能量发生十分频繁的现象，且节电将十分可观。
将多个通用变频器的直流母线互连，一个或多个电动机在不同时刻产生的再生能量就可以被其他电动机以电动的方式消耗吸收。
这是一种非常有效的工作方式，即使有多个部位的电机一直处于连续发电状态，也不用再去考虑其他的处理再生能量的方式。
1.专用型共用直流母线变频器系统专用型共用直流母线变频器系统如图3一49所示。
这种共用直流母线变频器系统是采用一台大容量的整流器为整个变频器系统提供直流，各逆变器分别驱动各自的设备。
由图3-49可看出，整流器一旦有故障，则整个共用直流母线变频器系统都要停止工作。
因此，在实际选用共用直流母线变频器系统时，要充分考虑生产设备的工艺、工序等问题，选用合适的、可靠性高的共用直流母线变频器系统。
共直流母线方案与特点
直流公共母线变频驱动方案
直流公共母线变频驱动方案
传统变频器,由于其自身整流半导体元件的电流单向流通的特性,使电机处于发电状态时 所产生的能量,只能通过直流能耗制动单元,将能量已热的形式消耗在电阻上. 在多电机传动系统的设计中,大都采用将多个变频器的直流侧正负端子分别连接在一起, 形成直流公共母线变频驱动系统. 驱动器之间相互传递能量
方案2---独立二极管整流供电方案
不可控整流桥
+DC
熔断器
熔断器
熔断器
熔断器
-DC
断路器
断路器
断路器
预充电回路
预充电回路
预充电回路
熔断器 回馈 电路
回馈驱动器
变频器
变频器
变频器
制动电阻
交流感应电机
交流感应电机
交流感应电机
方案2---特点
独立的二极管整流桥给所有变频器统一供电 不同型号的驱动器可以共用直流母线 整流部分的动力配置简单 整流部分可以配置成12脉波整流方式,消除5,7次谐波 驱动器之间实现能量传递 变频器须配置预充电回路 多余能量无法回馈至电网 须配制动电阻/或配以单独馈电单元
其他如方案2,3
方案6---交流全回馈系统
方案6---交流全回馈系统
优点 – 再生回馈 – 无需制动 – 正弦电流波形 – IGBT整流回馈系统, IGBT 完美无谐波 – 不同型号变频器可共用 直流母线. 缺点 – 成本较高
方案6---AFE变频驱动系统
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直流母线系统的优点
提高效率 – 从再生发电负载回收能量 降低成本 – 降低输入级系统成本 (减少交流输入线路,交流输入熔断器和 接触器等部件) – 通用制动解决方案 减少机柜尺寸 停电时系统将控制变频器断电
DANFOSS变频器培训
变频器培训一、丹弗斯变频器的外观VLT® 8000 Aqua系列VLT® 5000 系列 VLT®2800系列一、基础知识1、概述变频器定义:把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。
变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。
为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC）。
把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”(逆变器)。
由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inverter”，即：变频器。
用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。
2. 电机结构与基本特征--电机的旋转速度为什么能够自由地改变？三相异步电动机是目前较常用的交流电动机，多用在工业设备。
三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。
我们知道，但相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场，其产生的过程如图1所示。
图中分四个时刻来描述旋转磁场的产生过程。
电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一周，即旋转磁场的旋转速度与电流的变化是同步的。
旋转磁场的转速为：n=60f/P式中f为电源频率P是磁场的磁极对数n的单位是：每分钟转数根据此式我们知道，电动机的转速与磁极数和使用电源的频率有关控制交流电动机的转速有两种方法：1. 改变磁极法2. 变频法以往多用第一种方法，现在则利用变频技术实现对交流电动机的无级变速控制。
观察图1还可发现，旋转磁场的旋转方向与绕组中电流的相序有关。
相序A、B、C顺时针排列，磁场顺时针方向旋转，若把三根电源线中的任意两根对调，例如将B相电流通入C相绕组中，C相电流通入B相绕组中，则相序变为：C、B、A，则磁场必然逆时针方向旋转。
常用变频器的制动方式有哪几种？
常用变频器的制动方式有哪几种？
常用的变频器制动方式有四种。
1、能耗制动：能耗制动方式通过斩波器和制动电阻，利用设置在直流回路中的制动电阻来吸收电机的再生电能，实现变频器的快速制动。
2、回馈制动：回馈制动方式是采用有源逆变技术，将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动。
实现能量回馈制动就要求电压同频同相控制、回馈电流控制等条件。
3、直流制动：直流制动，一般指当变频器输出频率接近为零，电机转速降低到一定数值时，变频器改向异步电动机定子绕组中通入直流，形成静止磁场，此时电动机处于能耗制动状态，转动着转子切割该静止磁场而产生制动转矩，使电动机迅速停止。
可以用于要求准确停车的情况或起动前制动电机由于外界因素引起的不规则旋转。
4、直流回馈制动：共用直流母线回馈制动方式的原理是：电动机A的再生能量反馈到公共的直流母线上，再通过电动机B消耗其再生能量;共用直流母线回馈制动方式可分为共用直流均衡母线回馈制动和共用直流回路母线回馈制动两种方式。
共直流母线在WK-12C电铲上的应用
共直流母线在WK-12C电铲上的应用张世宣;于代林;徐绍良;杨雷【摘要】交流变频调速系统在电铲上已经得到了广泛应用,但采用共直流母线变频调速系统解决电铲多电机传动问题尚属少见.通过对共直流母线系统在WK-12C电铲上的具体应用情况分析,可以认为:共直流母线变频调速系统在电铲多电机传动控制系统中的应用不仅取得了较好的动静态特性和调速精度,还具有节能环保的优点,是一种较好的调速设计方案.【期刊名称】《有色冶金设计与研究》【年(卷),期】2019(040)002【总页数】3页(P42-44)【关键词】共直流母线;变频调速;多电机传动控制系统;电铲;ACS800【作者】张世宣;于代林;徐绍良;杨雷【作者单位】鞍钢集团矿业有限公司能源动力分公司,辽宁鞍山 114005;鞍钢集团矿业有限公司能源动力分公司,辽宁鞍山 114005;鞍钢集团矿业有限公司能源动力分公司,辽宁鞍山 114005;鞍钢集团矿业有限公司设计研究院,辽宁鞍山 114005【正文语种】中文【中图分类】TD631矿山露天开采成本低、效率高、安全系数高，是目前首选的开采方式。
电铲在矿山生产中主要用于装载矿岩，由于其设备价格低、性能可靠、适应性强、作业成本低、设备移动方便，成为大型露天矿的核心首选设备。
太原重工股份有限公司自主研发的WK-12C属于矿用机械电铲，整铲由提升、推压、行走、回转4个系统组成，适用于年产量1 000万吨级以上的露天矿山使用，可与80～154吨级矿用汽车配套使用。
由于该设备采用 ABB ACS800变频调速系统，打破了国外垄断，填补了国内空白，目前已经在全国各大矿山得到了成功应用。
1 共直流母线系统在电铲上的应用1.1 电铲电气系统发展概况我国电铲电气系统的发展主要经历了3个阶段：发电机—电动机直流调速系统、可控硅直流调压调速系统、交流变频调速系统。
前2种属于直流调速，缺点很多：电网功率因数低，耗电量大，占地面积大，噪声大，检修困难，造价高，容量、转速受限，故障率高。
制动单元和制动电阻的选型方案
制动单元和制动电阻旳选型方案所示为变频器调速系统旳二种运行状态，即电动和发电。
在变频调速系统中，电机旳降速和停机是通过逐渐减小频率来实现旳，在频率减小旳瞬间，电机旳同步转速随之下降，而由于机械惯性旳原因，电机旳转子转速未变。
当同步转速w1不不小于转子转速w时，转子电流旳相位几乎变化了180度，电机从电动状态变为发电状态；与此同步，电机轴上旳转矩变成了制动转矩Te，使电机旳转速迅速下降，电机处在再生制动状态。
电机再生旳电能P经续流二极管全波整流后反馈到直流电路。
由于直流电路旳电能无法通过整流桥回馈到电网，仅靠变频器自身旳电容吸取，虽然其他部分能消耗电能，但电容仍有短时间旳电荷堆积，形成“泵升电压”，使直流电压Ud升高。
过高旳直流电压将使各部分器件受到损害。
因此，对于负载处在发电制动状态中必须采用必需旳措施处理这部分再生能量。
本文论述旳就是处理再生能量旳措施：能耗制动和回馈制动。
2 能耗制动旳工作方式能耗制动采用旳措施是在变频器直流侧加放电电阻单元组件，将再生电能消耗在功率电阻上来实现制动（如图二所示）。
这是一种处理再生能量旳最直接旳措施，它是将再生能量通过专门旳能耗制动电路消耗在电阻上，转化为热能，因此又被称为“电阻制动”，它包括制动单元和制动电阻二部分。
2.1 制动单元制动单元旳功能是当直流回路旳电压Ud超过规定旳限值时（如660V或710V），接通耗能电路，使直流回路通过制动电阻后以热能方式释放能量。
制动单元可分内置式和外置式二种，前者是合用于小功率旳通用变频器，后者则是合用于大功率变频器或是对制动有特殊规定旳工况中。
从原理上讲，两者并无区别，都是作为接通制动电阻旳“开关”，它包括功率管、电压采样比较电路和驱动电路。
2.2 制动电阻制动电阻是用于将电机旳再生能量以热能方式消耗旳载体，它包括电阻阻值和功率容量两个重要旳参数。
一般在工程上选用较多旳是波纹电阻和铝合金电阻两种：前者采用表面立式波纹有助于散热减低寄生电感量，并选用高阻燃无机涂层，有效保护电阻丝不被老化，延长使用寿命；后者电阻器耐气候性、耐震动性，优于老式瓷骨架电阻器，广泛应用于高规定恶劣工控环境使用，易紧密安装、易附加散热器，外型美观。
直流电机与交流电机的制动方法
直流电机与交流电机的制动方法
直流电机与交流电机的制动方法主要包括以下几种：
1. 能耗制动：这是一种电制动方式，通过将运转中的电动机与电源断开并改接为发电机，使电能在其绕组中消耗（必要时还可消耗在外接电阻中）来产生制动转矩。
对于交流笼型和绕线转子异步电动机，需要在交流供电电源断开后，立即向定子绕组（可取任意两相绕组）通入直流励磁电流If，以便产生制动转矩。
2. 反接制动：这是一种机械制动方式，通过在电动机转子上施加与转动方向相反的转矩来使电动机减速或限速。
3. 回馈制动：也称为再生制动或发电制动，这种制动方法是将电动机的动能转化为电能，并将其回馈给电网或其他负载。
这种制动方法适用于需要快速减速或定位的情况，并且可以减少能量损失。
4. 机械制动：这是一种通过机械摩擦力来阻止电动机转动的制动方式，通常通过在电动机轴上安装刹车片来实现。
需要注意的是，不同的电机和不同的应用场景需要采用不同的制动方法，并且还需要考虑制动的效率和安全性。
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四、共用直流母线方式的回馈制动
共用直流母线方式的再生能量回馈系统，对于频繁启动、制动，或是四象限运行的电机而言，在制动过程不仅不影响系统的动态响应，可以将制动产生的再生能量进行充分利用，从而起到既节约电能又处理再生电能的功效。
4.1、工作原理
我们知道通常意义上的异步电机多传动包括整流桥、直流母线供电回路、若干个逆变器，其中电机需要的能量是以直流方式通过PWM逆变器输出。
在多传动方式下，制动时感生能量就反馈到直流回路。
通过直流回路，这部分反馈能量就可以消耗在其他处在电动状态的电机上，制动要求特别高时，只需要在共用母线上并上一个共用制动单元即可。
在实际的应用中，多传动的系统造价高、品牌少，也往往使用在钢铁、造纸等高端市场。
以此参照到众多的制动小系统应用，也不失为一种效率好、节能高的制动方式。
处于电动状态的电机M1上的变频器VF1端，而VF2则通过共用直流母线方式与VF1的母线相连。
在此种方式下，VF2仅做为逆变器在使用，M2处于电动时，所需能量由交流电网通过VF1的整流桥获得；M2处于发电时，反馈能量通过直流母线由M2的电动状态消耗。
4.2、应用范围
共用直流母线的制动方式可典型应用于造纸机械、印刷机械、离心分离机以及系统驱动等。
在这些应用中，有一个共同的特点：即处于发电状态的M2的容量远远小于处于电动状态的M1的容量，而且当M1的电动状态停止时（即变频器VF1待机），M2的发电状态随即转为电动状态。
这样，直流母线电压就不会快速升高，系统始终处于比较稳定的状态。
这里以离心机为例进行应用说明。
过滤式螺旋卸料离心机，在全速下连续进料、连续卸料，自动完成进料、分离、洗涤、卸料等工序。
离心机的核心是过滤型转鼓，利用主机和副机的差转速来控制卸料速度，并实现无人安全操作。
在处理过程中，主机始终处于电动状态，而副机则由于转速差的作用，基本上处于发电状态。
主机和副机功率通常为22KW和5.5KW、30KW和7.5KW、45KW和11KW等4:1匹配，符合本节阐述的工作方式。
为考虑到副机供电也是由主机变频器的整流桥提供，因此必须考虑到VF1的整流桥的额定电流（不同的变频器厂商其整流桥规格不一样），以此来决定VF1的选型。
VF2的选型必须考虑到能够屏蔽输入缺相功能的变频器。
应用本制动方式后，离心机不仅效率提高，而且节能效果好、运行平稳、维护简单。
4.3、制动特点
采用共用直流母线的制动方式，具有以下显著的特点：
4.3.1、节能：电机制动时回馈的能量可以被利用，所以比较节能，特别是对油田磕头机、
起重机等升降设备而言更具有节能优势；
4.3.2、设备功率因素较高：因为电机能够回馈能量，无功功率损失小，所以设备功率因素较高，可达95%以上；
4.3.3、瞬间停电不一定导致变频器跳闸停机：这是因为一些设备在瞬间停电时可能正处于制动（发电、回馈能量状态），所以瞬间停电干扰对设备的影响就没有那么大；
4.3.4、电网谐波较低：共用直流母线平衡了变频器的直流母线电压，设备启动、停止时对电网的冲击也低；
4.3.5、可以急降速：不存在制动电阻消耗能量，因为电机在停机时成了发电机，能量回馈到直流母线上了；
4.3.6、允许频繁起动操作：因为有共用直流母线的存在，设备启动、停止时对电网和电气设备的冲击也减小了，因此允许频繁起动操作；
4.3.7、多台变频器不需要相同的额定功率：各电机也不需要相同功率，但差别不要过大，最适合比例连动多台控制；
4.3.8、可以驱动三相永磁同步电机。
4.4、共用直流母线回馈制动的分类
共用直流母线回馈制动分为两种：共用直流均衡母线和共用直流回路母线。
4.4.1、共用直流均衡母线是将多台变频器的直流母线回路并联在一起（变频器本身设计有外接的直流母线输出端子），达到共用直流母线的方式。
每台变频器和共用直流母线之间可以加装电抗器、快速熔断器和接触器等，这一部分是变频器以外的部分，电气设计人员可以根据实际需要进行设计。
4.4.2、共用直流回路母线方式是将多台逆变器连接到同一个公共的直流回路上。
这种方式采用了1个整流器和多个逆变器，成本更低。
但功能相对较弱（单独的逆变器和变频器相比，功能终究要弱一些），而且采购、安装/维修可能也没那么方便。
4.5、共用直流均衡母线技术的基本要求
4.5.1、变频器需共享整流装置，此整流装置为共用直流母线专用装置。
4.5.2、变频器尽量安装在一起，避免远距离配线，最好在同一个电气房。
4.5.3、变频器每一台都必须另外作隔离保护装置。
4.5.4、不能使用一般变频器作共用直流母线使用,否则会有炸机的危险。
4.5.5、电机的容量功率可以不必相同，但必须考虑停机时能量反馈能否被用掉。
4.5.6、一般运转台数在4~12台(电机功率可以不相同)一组共用直流母线为佳。
4.5.7、部分变频器可以驱动永磁同步电机，解决起动的冲击问题。