四象限变频器工作原理及控制

2017-03-07 09:27:04 2381

[导读]电在我们的生产和生活中不可或缺，尤其是在工业生产中，有了电力的支持，人类才能节省更多的体力劳动，提升效率和效益。工厂运作过程中，机器能够运转大多都要依靠电机来提供动力，而要实现电机的变速运行，就要依靠变频器来实现，今天小编要给大家介绍的是四象限变频器。

电在我们的生产和生活中不可或缺，尤其是在工业生产中，有了电力的支持，人类才能节省更多的体力劳动，提升效率和效益。工厂运作过程中，机器能够运转大多都要依靠电机来提供动力，而要实现电机的变速运行，就要依靠变频器来实现，今天小编要给大家介绍的是四象限变频器。

四象限变频器工作原理

四象限变频器工作原理

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，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；

2、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。

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。

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。

四象限变频器工作原理

四象限变频器控制

四象限变频器控制分为以下两个部分：

1、主回路的构成：预充电电路，输入电抗、智能功率模块，电解电容和输出电抗。各部分的功能列举如下：

（1）预充电电路：由交流接触器、功率电阻组成及相应的控制回路。主要功能是系统上电时，完成对直流母线电容的预充电。避免上电时强大的冲击电流烧坏功率模块。

（2）输入电抗器：电动状态下起储能作用，形成正弦电流波形。回馈状态下，起滤波作用，滤掉电流波形的高频成分。

（3）智能功率模块（SkiiP）：整流侧和逆变侧IGBT、隔离驱动、电流检测以及各种保护监测功能。

（4）电解电容：储能，滤波。

（5）输出电抗：降低输出dv/dt，对电机起到一定的保护作用。

2、控制部分组成：系统辅助电源模块，预充电控制，功率接口板，DSP控制板及人机接口板。

（1）系统辅助电源产生系统控制所需的5V、15V和24V电源；

（2）预充电控制用于控制预充电交流接触器的动作；

（3）功率接口板反馈系统控制所需的电流信号，电压信号及温度信号，并且传递PWM控制波形到驱动板。接口板要对信号进行滤波处理；

（4）DSP控制板完成整流，逆变PWM控制算法，系统的大脑。

（5）人机接口板显示变频器运行的各种状况以及用户参数输入。

四象限变频器的典型应用是具有位势负载特性的场合，倒如掉升机，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。

四象限变频器控制