能量回饋

在電梯、礦山提升機、港口起重機、工廠離心機、油田抽油機等許多場合，都會伴隨着負載勢能、動能的變化。比如，提升機、起重機等在下放重物時勢能會減小，離心機設備在停機時，動能會減小。而由能量守恆定律我們知道，能量是不會憑空消失的，那麼這部分能量到哪裏去了呢？答案是通過電機轉換成為了再生電能。實際上，在採用變頻調速的設備裏，這部分電能一般是通過能耗制動電阻再轉換為熱能白白浪費掉了的。

1、 ^[2]  回饋節能基本原理

將運動中負載上的機械能（位能、動能）通過能量回饋裝置變換成電能（再生電能）並回送給交流電網，供附近其它用電設備使用，使電機拖動系統在單位時間消耗電網電能下降，從而達到節約電能的目的。

2、回饋節能解決方案

能量回饋裝置的作用就是能有效的將電動機的再生電能高效回送給交流電網，供周邊其它用電設備使用，節電效果十分明顯，一般節電率可達15%～45%。此外，由於無電阻發熱元件，機房温度下降，可以節省機房空調的耗電量，在許多場合，節約空調耗電量往往帶來更優的節電效果。

在通用變頻器、 ^[2]  異步電動機和機械負載所組成的變頻調速傳統系統中，當電動機所傳動的位能負載下放時，電動機將可能處於再生髮電制動狀態；或當電動機從高速到低速（含停車）減速時，頻率可以突減，但因電機的機械慣性，電機可能處於再生髮電狀態，傳動系統中所儲存的機械能經電動機轉換成電能，通過逆變器的六個續流二極管回送到變頻器的直流回路中。此時的逆變器處於整流狀態。這時，如果變頻器中沒采取消耗能量的措施，這部分能量將導致中間迴路的儲能電容器的電壓上升。如果當制動過快或機械負載為提升機類時，這部分能量就可能對變頻器帶來損壞，所以這部分能量我們就應該考慮考慮了。

在通用變頻器中，對再生能量最常用的處理方式有兩種：(1)、耗散到直流回路中人為設置的與電容器並聯的“制動電阻”中，稱之為動力制動狀態；(2)、使之回饋到電網，則稱之為回饋制動狀態（又稱再生制動狀態）。還有一種制動方式，即直流制動，可以用於要求準確停車的情況或起動前制動電機由於外界因素引起的不規則旋轉。

有許多專家談論過有關變頻器制動方面的設計與應用，尤其是近些時間有過許多關於“能量回饋制動”方面的文章。今天，提供一種新型 ^[1]  的制動方法，它具有“回饋制動”的四象限運轉、運行效率高等優點，也具有“能耗制動”對電網無污染、可靠性高等好處。

利用設置在直流回路中的制動電阻吸收電機的再生電能的方式稱為能耗制動。其優點是構造簡單，對電網無污染（與回饋制動作比較），成本低廉；缺點是運行效率低，特別是在頻繁制動時將要消耗大量的能量且制動電阻的容量將增大 ^[2]  。

一般在通用變頻器中，小功率變頻器（22kW以下）內置有了剎車單元，只需外加剎車電阻。大功率變頻器（22kW以上）就需外置剎車單元、剎車電阻了。

實現能量回饋制動就要求電壓同頻同相控制、回饋電流控制等條件。它是採用有源逆變技術，將再生電能逆變為與電網同頻率同相位的交流電回送電網，從而實現制動。

回饋制動的優點是能四象限運行，電能回饋提高了系統的效率。其缺點是：(1)、只有在不易發生故障的穩定電網電壓下（電網電壓波動不大於10%），才可以採用這種回饋制動方式。因為在發電制動運行時，電網電壓故障時間大於2ms，則可能發生換相失敗，損壞器件。(2)、在回饋時，對電網有諧波污染。(3)、控制複雜，成本較高 ^[2]  。

1、 ^[1]  使用專用高速DSP芯片，及時準確跟蹤電網電壓，反饋衝擊小，效率高

2、採用相幅控制算法PWM脈寬調製技術

3、採用高速IGBT開關器件，開關損耗少，運行效率高

4、網側電流波形正弦化，電流總諧波（THD）遠小於5%。

5、功率因數近似等於1；或可用於電網的功率補償

6、網側功率因數可調，可再生能源回饋併網裝置可以做到負功率因數運行。

7、無需專用變壓器，故可適於各種應用

8、無需制動斬波器，可選配製動電阻增強系統安全性

9、採用能量回饋專用電抗器，dv/dt耐衝擊性高，鐵芯損耗低，長壽高效

10、採控制系統網側呈電流源特性，容易做成多單元並聯裝置，易於可再生能源回饋併網裝置大功率化

11、具有直流接反、過流、短路、温度以及網側電壓異常等保護功能

12、具有動態響應快，能在短時間內輸出大電流，整體效率高等優點

13、採用長壽命滾珠軸承風扇整機強迫風冷，設備工作温度低，回饋效率高

14、符合多種嚴格的國家和行業標準

近年來，國內外對變頻器的研究和應用取得飛速的進步，尤其是通用變頻器在工業生產中得到了廣泛的應用。當變頻器驅動異步電動機在制動或者下放位能性負載過程中, 電動機處於再生制動狀態，傳動系統中的機械能通過電動機轉換成電能，變頻器中續流二極管將這種能量回饋到變頻器直流側電容C 中，使直流側電壓升高，產生泵升電壓。

特別是要求快速起、制動和頻繁正、反轉的調速系統，短時間內有很大的能量回饋，在電容上產生很高的泵升電壓，若不及時釋放這部分能量，則勢必會引起變頻器過壓保護動作或造成主迴路大功率器件的過壓損壞。對這種泵升能量的處理方法基本上有兩種：(1) 耗散到直流側與電容器並聯的“制動電阻”中，(2) 通過能量回饋電路使之回饋到交流電網中。前一種方式比較簡單, 但經過電阻耗散能量，不僅浪費了能源，有時也會產生某些副作用，後一種方式雖然結構較為複雜，但提高了能源的利用率，尤其是對頻繁起制動或長期帶位能性負載下放的系統，會產生顯著的節電效果。提出了一種新穎的能量回饋控制方案並設計了相應的電路，實驗結果驗證了該方法的正確性和有效性。

隨着變頻器應用領域的拓寬，這個應用技術將大有發展前途，具體來講，主要用在礦井中的吊籠（載人或裝料）、斜井礦車（單筒或雙筒）、起重機械、電梯運行等行業 ^[2]  。