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四象限变频器

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  • 发布时间:2014/12/23 8:40:01
  • 作者:银河电气
定义
能够使电机工作在正转电动状态、回馈制动状态、反转电动状态、反转制动状态四个象限(指其运行机械特性曲线在数学轴上的四个象限都可运行)的变频器称为四象限变频器
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四象限变频器工作原理

1电机四象限工作

  以电机转速为横坐标轴,转矩为纵坐标轴构成直角坐标系,用来描述电机的四种运转状态:正向电动、回馈发电制动、反向电动以及反向回馈发电制动。这四种运转状态称为电机的四象限状态。

电机四象限工作

  第一象限,电动机正转运转,能量从变频器到电动机,电动机的转速及转矩都为正。
  第二象限,电动机反转回馈或减速制动运转,电动机呈发电机模式,能量从电动机到变频器,转速为负,转矩为正。
  第三象限,电动机反转运转,能量从变频器到电动机,电动机的转速及转矩都为负。
  第四象限,电动机正转回回馈或减速制动运转,电动机呈发电机模式,能量从电动机到变频器,转速为正,转矩为负。

2四象限变频器基本工作原理

  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电,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正转和电机反转两种状态,且转速和转矩始终是一个方向,即:只能控制电机工作在两个象限,因此,称为两象限变频器二象限变频器。当制动时,电机产生制动能量流向变频器,但变频器的输入端二极管是单向的,不能将制动能量回馈至电网。为了限值多余的电能将抬高直流母线电压,这种变频器往往会设置制动回路,制动回路的作用就是将这些能量消耗掉,达到抑制直流母线电压升高的目的。即:两象限变频器的能量总是由电网流向电机。

  如果变频器能够满足电动机的电动状态,也能从电动状态进入发电状态运行,就称为四象限变频器

  四象限变频器采用IGBT功率模块可以实现能量的双向流动,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。另一方面可以将电动机产生的能量回馈到电网,达到彻底的节能效果。

 四象限变频器基本电路原理图
图示:四象限变频器基本电路原理图

  1. 当电机工作在电动状态的时候,整流控制单元的DSP产生6路高频的PWM脉冲控制整流侧的6个IGBT的开通和关断。IGBT的开通和关断与输入电抗器共同作用产生了与输入电压相位一致的正弦电流波形,这样就消除了二极管 整流桥产生的6K±1谐波。功率因数高达99%,消除了对电网的谐波污染。此时能量从电网经由整流回路和逆变回路流向电机,变频器工作在第一、第三象限。
  2. 当电动机工作在发电状态的时候,电机产生的能量通过逆变侧的二极管回馈到直流母线,当直流母线电压超过一定的值,整流侧能量回馈控制部分启动,将直流逆变成交流,通过控制逆变电压相位和幅值将能量回馈到电网,达到节能的效果。此时能量由电机通过逆变侧、整流侧流向电网,变频器工作在二、四象限。

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四象限变频器主要应用
  四象限变频器的典型应用是具有位势负载特性的场合,如吊升机,电梯电机,机车牵引,油田磕头机,离心机等。有一些大功率的应用中,也需要四象限变频器以减小对电网的谐波污染。
  以提升机的应用为倒,当提升重物时,四象限变频器拖动电机克服重力做工,电动机处于电动状态。当下放重物时,逆变侧产生励磁电流,重力牵引电机发电,电动机处于发电状态。势能转化为电能通过整流侧回馈的电网。
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四象限变频器应用优势
  1、相比普通的两象限变频器更节能。四象限变频器由于采用了IGBT模块作为整流装置,实现了能量的双向流通,在不需要外加任何装置的情况下,可以把再生能量回馈到电网,达到节能运行效果。
  2、减少电网侧谐波电流,满载时功率因数接近1。普通变频器由于采用二极管整流方式,会产生比重很大的谐波成分,对电网产生严重的污染,干扰其它设备的正常工作,甚至会引起其它设备的损坏。而四象限矢量变频器采用IGBT模块作为整流装置,用高速度、高运算能力的DSP产生PWM控制脉冲,可以调整功率因数,消除对电网的谐波污染,让变频器真正成为“绿色产品”。
  3、四象限变频器满足各种工业应用需求,特别适用在起重提升设备等大惯量位能负载,设备的转动惯量GD较大,属反复短时连续工作制,从高速到低速的减速降幅较大,制动时间又较短,又要强力制动效果的场合或者需要长时重载电气制动的场合。为了提高节电效果,减少制动过程的能量损耗,将减速能量回收反馈到电网,达到节能、环保的功效。

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