四象限矢量变频器的能量回馈制动原理
一种能量回馈制动方式在变频器中的应用
理 ， 计 了 以 Ｄ Ｐ为 核 心 的 能 量 回馈 制 动装 置 的软 硬 件 。 实 现 了 能量 的 回馈 制 动 。 设 Ｓ
关键词 能量 回馈
中图法分类号
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图 １ 泵 升作用等值 电路
闭逆变器 工 作 电压 时 ， 闭有 源逆 变 装 置 ， 量 回 关 能 馈结 束 。
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回馈变频器直流侧。图 １ 所示为二极管续流时的等
四象限变频器工作原理
四象限变频器工作原理-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII四象限变频器工作原理四象限把电机的运行速度方向用一条数轴X来表示，数轴的正方向代表正转的转速，反方向表示反转的转速；把电机的电磁转矩方向用一条数轴Y来表示，数轴的正方向代表正的电磁转矩，反方向表示负的电磁转矩；构成一个平面坐标系XOY，那么电动机正常电动状态处在第一象限（正转、电动），发电（制动）再生运行在第二象限（正转、发电）.电梯曳引电动机由于正常状态就不断正、反转，上、下行都有可能电动或发电，处于四象限运行状态，各个状态能量转换方向不同.用四象限来描述电机运行状态，和用熟悉的正、反转，电动、发电描述是一样的道理。
四象限变频器原理图单独对于电机来说，所谓四象限是指其运行机械特性曲线在数学轴上的四个象限都可运行。
第一象限正转电动状态，第二象限回馈制动状态，第三象限反转电动状态，第四象限反接制动状态。
能够具有使得电机工作在四象限的变频器才称得上四象限变频器。
在上个世纪80年代末，交流变频调速逐渐登上了工业传动调速方式的历史舞台。
变频调速在调速范围、调速精度、控制灵活、工作效率、使用方便等方面都有很大的优点，使变频调速成为最有发展前途的一种交流调速方式。
普通的变频器大都采用二极管整流桥将交流电转化成直流，然后采用IGBT 逆变技术将直流转化成电压频率皆可调整的交流电控制交流电动机。
这种变频器只能工作在电动状态，所以称之为两象限变频器。
由于两象限变频器采用二极管整流桥，无法实现能量的双向流动，所以没有办法将电机回馈系统的能量送回电网。
在一些电动机要回馈能量的应用中，比如电梯，提升，离心机系统，只能在两象限变频器上增加电阻制动单元。
将电动机回馈的能量消耗掉。
另外，在一些大功率的应用中，二极管整流桥对电网产生严重的谐波污染。
IGBT功率模块可以实现能量的双向流动，如果采用IGBT做整流桥，用高速度、高运算能力的DSP产生PWM控制脉冲。
四象限变频器在电机控制中的应用研究
第三部分：四象限变频器的选择和应用注意事项
3、维护要点：在使用过程中，需要对四象限变频器进行定期的维护和保养， 以保证其长期稳定的运行。一般来说，需要定期检查变频器的散热系统、电源接 线、输入输出端子等部位，并及时清理灰尘和积灰。同时还需要定期对变频器进 行参数检查和调整，以保证其最佳的运行状态。
第一部分：四象限变频器的基本 原理
第一部分：四象限变频器的基本原理
四象限变频器是一种可以同时工作在四个象限的变频器，具有能量回馈功能。 其基本原理是利用半导体器件的开关作用，将工频电源转换为不同频率的交流电， 以控制电机的转速。四象限变频器具有输入电源和输出电源两个部分，通过改变 输入电源的频率和相位，可以实现电机的矢量控制和优化。
第二部分：四象限变频器在电机控制中的应用
在电机控制中，四象限变频器可以应用于多种场景，如轧钢、矿山、电力机 车、电动汽车等。在这些场景中，四象限变频器可以通过对电机进行精确的速度 和位置控制，实现电机的平稳启动、精确调速和安全制动。
第二部分：四象限变频器在电机控制中的应用
在轧钢和矿山场景中，由于生产工艺的特殊性，对电机的速度和位置控制要 求极为严格。四象限变频器可以通过矢量控制方式，实现对电机的高精度控制， 保证生产过程的稳定性和安全性。在电力机车和电动汽车中，由于需要频繁的加 速和减速，使用四象限变频器可以实现能量的双向传递，提高整车的运行效率和 续航能力。
结论
随着工业自动化技术的不断发展，四象限变频器在电机控制中的应用将更加 广泛和深入。未来，四象限变频器将朝着更加智能化、高精度、高效率的方向发 展，为电机控制领域带来更多的应用可能和发展空间。
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第一部分：四象限变频器的基本原理
四象限变频器的控制方式主要包括电压型控制和电流型控制。电压型控制是 通过调节输出电压的大小和频率来实现对电机转速的控制，而电流型控制则是通 过调节输出电流的大小和频率来实现对电机转速的控制。四象限变频器的技术特 点包括高效率、低噪音、稳定性好、寿命长等。
四象限变频器
06
四象限变频器的发展趋势与市场前景
四象限变频器的技术 发展趋势
• 四象限变频器的技术发展趋势 • 高性能：提高控制精度、动态响应和稳定性，满足复杂工况下 的控制需求 • 智能化：实现自适应控制、故障诊断和远程监控等功能，提高 运行效率和可靠性 • 集成化：实现电机、传感器和控制器的一体化设计，降低系统 成本和体积
• 可以实现光伏逆变器的高效率和高性能运行 • 有助于提高光伏发电系统的整体运行效率
四象限变频器在太阳能光伏中的优势
• 高效光伏逆变：可以实现光伏逆变器的高效率和高性能 运行 • 易于操作：可以通过触摸屏或控制器进行参数设置和监 控
四象限变频器在风力发电中的应用
四象限变频器在风力发电中的应用
• 可以实现风力发电机的高效率和高性能运行 • 有助于提高风力发电系统的整体运行效率
四象限变频器在电动汽车驱动中的优势
• 高效电动汽车驱动：可以实现电动汽车电机的高效率和 高性能运行 • 易于操作：可以通过触摸屏或控制器进行参数设置和监 控
05
四象限变频器的选型与调试
四象限变频器的选型原则与方法
四象限变频器的选型原则
• 根据电机的功率、转速和工况选择合适的变频器 • 考虑变频器的性能、可靠性和价格
• 可以实现多台电机之间的负载均衡，提高设备运行效率 • 有助于延长设备使用寿命和降低维护成本
四象限变频器在负载均衡中的优势
• 高效负载均衡：可以实现多台电机之间的负载均衡，提高设备运行效率 • 易于操作：可以通过触摸屏或控制器进行参数设置和监控
四象限变频器在张力控制中的应用
四象限变频器在张力控制中的应用
02
四象限变频器在节能方面的应用
四象限变频器在电机节能中的应用
四象限变频器及普通能量回馈单元介绍[修订]
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四象限变频器及普通能量回馈单元介绍[修订] 四象限变频器及普通能量回馈单元介绍一、四象限变频器简要介绍普通的变频器大都采用二极管整流桥将交流电转化成直流，然后采用IGBT逆变技术将直流转化成电压频率皆可调整的交流电。
这种变频器只能工作在电动状态，所以称之为两象限变频器。
由于两象限变频器采用二极管整流桥，无法实现能量的双向流动，所以没有办法将电机回馈系统的能量送回电网。
在一些电动机要回馈能量的应用中，比如电梯，提升，离心机系统，只能在两象限变频器上增加电阻制动单元，将电动机回馈的能量消耗掉。
另外，在一些大功率的应用中，二极管整流桥对电网产生严重的谐波污染。
为了使变频器能工作在发电状态，将制动的能量回馈至电网，降低能耗，实现四象限运行，通常有两种做法:1、给变频器配一个或多个能量回馈单元，能量回馈单元可并联，可将能量回馈至电网，但对母线电压及谐波和功率因素无法自动调整，这种方式成本低，一定程度上可降低能耗，但效果相对较低，对变频器运行基本无优化和保护功能;、给变频器配一个有源前端，就是常说的AFE，可实现可控整流及能量回2 馈，母线电压可调，功率因数可调，可有效降低谐波，一定范围内基本可忽略母线电压波动带来的影响，这种方式效果较好，但成本相对较高，通常用在功率因素要求较高或需频繁制动的场合，如:电梯、矿井提升下放、起重升降等。
二、能量回馈单元介绍工作原理框图如下:能量回馈单元没有DSP处理器，所有控制由硬件完成，逆变功率部分采用IGBT，实际应用时电气连接图如下:能量回馈单元控制电路直流母线+直流母线-电网RST直流母线+变频上电缓冲电路直流母线-器回馈单元是将电机制动时产生并输入到变频器母线的能量逆变生成与电网同步同相位的交流正弦波，把电能回馈给电网。
特点如下:1、能量只能从变频器直流母线流向电网，单向不可逆;2、所有控制功能由硬件完成，无DSP，因此功能单一，除回馈能量外无其他功能;3、与变频器主回路分开，各走各的，除了将变频器母线多余能量回馈至电网外，对变频器运行无其他优化功能。
浅析地铁逆变回馈型再生制动能量利用装置
浅析地铁逆变回馈型再生制动能量利用装置发表时间：2019-06-13T16:58:37.120Z 来源：《防护工程》2019年第5期作者：张智鹏[导读] 本文主要对逆变回馈型再生制动能量吸收装置的工作原理、输出特性、控制策略进行分析。
深圳市市政设计研究院有限公司广东省 518000 摘要：地铁车辆制动时，电机由电动机状态转化为发电机状态，列车的动能转化为电能，向直流网反馈能量，此过程称为再生制动。
地铁具有运量大、站间距离短、车辆启停频繁等特点，列车制动回馈能量可达牵引能量的30%～40%。
由于整流机组采用的是二极管不控整流，再生制动能量无法回馈到交流侧。
当列车制动时，如果再生制动电能没有被同一供电区内处于牵引工况的其他列车吸收，反馈回电网的电能会造成直流侧网压的升高，当网压升高超过上限值时，可能会造成再生制动失效。
关键词：地铁逆变回馈型再生制动能量利用导言目前对再生制动能量的处理主要有电阻耗能型、能量存储型和逆变回馈型三种。
其主要工作原理为：处于再生制动工况下的列车回馈的能量引起网压上升，当网压上升至限值时，开启再生制动能量吸收装置，吸收多余的能量，以维持牵引网网压稳定。
本文主要对逆变回馈型再生制动能量吸收装置的工作原理、输出特性、控制策略进行分析。
1工作原理逆变回馈型吸收装置的核心是大功率四象限变流器（又称PWM变流器），它是基于PWM脉宽调制技术的一种功率变换装置，将再生制动能量回馈给不同电压幅值的交流电网。
整个装置包括双向变流器，隔离变压器等。
其成本较高，且目前受功率等级限制。
地铁牵引供电的实际情况是，需要反送回交流电网的再生制动能量小于列车从牵引网上所获取的牵引能量。
因此，对于牵引变电所而言，所需配备的逆变容量也比整流的容量小。
鉴于此种情况且基于成本的考虑，目前国内实际应用中，基本都是采用二极管整流机组与PWM变流机组相结合的方案，充分发挥二者各自优势。
但由于二极管整流机组已满足整流容量需求，该PWM变流机组仅用于逆变。
四象限变频器原理框
四象限变频器原理框四象限变频器是一种电力变换设备，通过控制输入信号的频率和幅度，将输入的电能转换为所需的输出电能。
它由四个象限组成，分别是第一象限、第二象限、第三象限和第四象限。
四象限变频器的原理框如下：输入电源——整流器——中间直流电容器——逆变器——输出端负载。
首先，将交流电输入到整流器中，整流器将交流电转换为直流电。
然后，直流电经过中间直流电容器进行滤波，消除电能的波动，产生稳定的直流电源。
接下来，直流电经过逆变器进行逆变换，将直流电转换为交流电。
在逆变器中，通过控制逆变器的开关管的导通和断开，改变输出电压的波形和频率。
逆变器由两个可控开关管控制，分别控制正半周和负半周，以实现四象限的操作。
当开关管导通时，电流从正极到负极流动，产生正向输出电压；当开关管断开时，电流从负极回流到正极，产生反向输出电压。
最后，逆变器的输出连接到输出端的负载上，输出端可以是电机、电磁线圈等，通过改变逆变器的频率和幅值，控制输出端负载的运行状态。
同时，逆变器还可以实现能量回馈，将输出端的电能反馈到输入端，从而实现能量的循环利用。
四象限变频器的工作原理可以通过以下理论进行解释：1. 逆变器的开关管控制：逆变器中的开关管的导通和断开是由控制信号控制的。
通过改变控制信号的频率和占空比，可以改变输出电压的频率和幅度。
例如，当控制信号导通时间占总周期的50%时，输出电压的频率为输入频率的一半，幅度为输入电压的一半。
2. 反电动势：在输出电压为正向时，输出端负载产生负电动势，使得逆变器产生反向电流；在输出电压为反向时，输出端负载产生正电动势，使得逆变器产生正向电流。
通过逆变器的控制，可以实现负载端的运行状态的控制。
3. 能量回馈：当输出端负载处于发电状态时，逆变器可以将输出端产生的电能反馈到输入端，实现能量的循环利用。
这样可以提高系统的能量效率，减少能源的浪费。
四象限变频器的应用非常广泛。
它可以用于电机驱动、电压调节、频率调节等领域。
四象限变频器工作原理
四象限变频器工作原理四象限把电机的运行速度方向用一条数轴X来表示，数轴的正方向代表正转的转速，反方向表示反转的转速；把电机的电磁转矩方向用一条数轴Y来表示，数轴的正方向代表正的电磁转矩，反方向表示负的电磁转矩；构成一个平面坐标系XOY，那么电动机正常电动状态处在第一象限（正转、电动），发电（制动）再生运行在第二象限（正转、发电）.电梯曳引电动机由于正常状态就不断正、反转，上、下行都有可能电动或发电，处于四象限运行状态，各个状态能量转换方向不同.用四象限来描述电机运行状态，和用熟悉的正、反转，电动、发电描述是一样的道理。
四象限变频器原理图单独对于电机来说，所谓四象限是指其运行机械特性曲线在数学轴上的四个象限都可运行。
第一象限正转电动状态，第二象限回馈制动状态，第三象限反转电动状态，第四象限反接制动状态。
能够具有使得电机工作在四象限的变频器才称得上四象限变频器。
在上个世纪80年代末，交流变频调速逐渐登上了工业传动调速方式的历史舞台。
变频调速在调速范围、调速精度、控制灵活、工作效率、使用方便等方面都有很大的优点，使变频调速成为最有发展前途的一种交流调速方式。
普通的变频器大都采用二极管整流桥将交流电转化成直流，然后采用IGBT逆变技术将直流转化成电压频率皆可调整的交流电控制交流电动机。
这种变频器只能工作在电动状态，所以称之为两象限变频器。
由于两象限变频器采用二极管整流桥，无法实现能量的双向流动，所以没有办法将电机回馈系统的能量送回电网。
在一些电动机要回馈能量的应用中，比如电梯，提升，离心机系统，只能在两象限变频器上增加电阻制动单元。
将电动机回馈的能量消耗掉。
另外，在一些大功率的应用中，二极管整流桥对电网产生严重的谐波污染。
IGBT功率模块可以实现能量的双向流动，如果采用IGBT做整流桥，用高速度、高运算能力的DSP产生PWM控制脉冲。
一方面可以调整输入的功率因数，消除对电网的谐波污染，让变频器真正成为“绿色产品”。
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采用了电流追踪型PWM整流器组成方式，这样就容易实现功率的双向流动，且具有很快的动态响应速度，同时这样的拓扑结构使得我们能够完全控制交流侧和直流侧之间的无功和有功功率的交换，且效率可高达97%，经济效益较大，热损耗为能耗制动的1%，同时不污染电网。
所以，回馈制动特别适用于需要频繁制动的场合，电动机的功率也较大，这样节电效果明显，按运行的工况条件不同，平均约有20%的节电效果。
四象限矢量变频器的能量回馈制动的特点
（1）可广泛应用于PWM交流传动的能量回馈制动场合的节能运行。
（2）回馈效率高，可达97%，热损小，仅为能耗的1%。
（3）功率因数约等于1.
（4）谐波电流较小，对电网的污染很小，具有绿色环保的特点。
（5）节省投资，易于控制电源侧的谐波和无功分量。
（6）在多电机传动中，每一单机的再生能量可以得到充分利用。
（7）具有较大的节电效果（与电动机的功率大小及运行工况有关）
（8）当车间由共用直流母线为多台设备供电时，回馈制动的能量可直接返回直流母线，供给其它设备使用。
经过核算可以节省回馈逆变器容量，甚至可以不用回馈逆变器。
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