富凌共直流母线方案

富凌变频器共直流母线分析

一、概述

1.再生发电

在机械系统中，因外力的作用，电机可能处于发电状态。尤其是在多轴联动的机械系统中，特别是各轴之间由被加工材料相连接时，不同轴的电机则可能处于不同的运行状态。某台电机可能是电动状态，某台则可能是发电状态。电动状态运行的电动机将从其供电装置吸取电能，而发电状态的电动机将向其供电装置输出电能，这个能量也叫“再生能量”。

如图1电机力矩特性图所示，可以上看出上述这二种运行方式运行在不同的区域。

图1：电机图矩特性图

当Nx>N0时，电机输出的力矩与运动方向相反了，输出力矩成为了制动力，阻碍电机速度继续上升。如行车的主吊钩带负载下降时，就工作在这种状态。这时候，电机的转速已经大于设定的同步转速，事实上电机是在被拖着走，电机处于发电状态，产生“再生能量”向电网回馈能量，由于回馈电势的频率与相位与电网不完全相同，所以在大多数情况下是不允许的。

2.变频器驱动

变频器驱动的电机，如电机处于再生发电状态，再生能量被变频器吸收反馈到变频器的电解电容中，使变频器中的直流母线电压升高，导致变频器跳保护乃致IGBT损坏。解决问题方法是，变频器配置制动单元和制动电阻，使“再生能量”在制动电阻上以高频脉冲方式转换成热能被消耗掉，最终保持母线电压的平衡。

3.变频器的共直流母线

在工业上的并列变频器驱动的传动系统中，变频器的共直流母线方案能够降低在设备购买、调试运行和日常维护上的成本。富凌变频器共直流母线系统在不锈钢带连轧机、离心机、化纤设备上都有成熟的应用。

二、变频器的共直流母线分析

1.变频器共直流母线的特点

变频器共直流母线方案的特点为电动和发电状态的能量互享，即当系统中的

任何一台电动机处于发电状态时，其所反馈到直流母线中的能量可以被其他处于电动状态的电动机吸收利用，从而最终避免传统的能耗电阻制动方式。

在这种情况下，发电状态的电动机能部分或全部提供系统中电动状态所需要的能量，以达到节能效果。其典型应用如离心机、卷取机、锯木厂切片机、纺织厂后纺丝过程以及测试装置。

2.原理分析

如下图2：再生能量反馈图所示，变频器的逆变单元都是采用了IGBT（绝缘栅双极型晶体管）模块，为了保护IGBT，在IGBT的集电极和发射极端都接有反向二极管。当电机处于发电状态时，电机的瞬时端电压已大于直流母线的电压，这时IGBT已处于承受反向电压的状态，所以IGBT的反向二极管导通，从不同相的二个反向二极管形成回路，对直流母线上的电容形成充电电流，最终使直流母线上的电压升高。

图2：再生能量反馈图

但是，在多机联动时，其中的一台变频器也可能会工作发电状态。如果这些传动变频器通过直流母线互联的话，一个或多个电机产生的再生能量就可以被其它电机以电动能的形式吸收了，如图3：四套变频器驱动电机再生能量反馈图所示。

图3：变频器驱动多电机再生能量反馈图

上图中图中M1、M2、M3、M4为电机，DZB200-1、DZB200-2、DZB200-3、DZB 200-4为变频器，电机M1、M3处于能量再生的发电状态，而电机M2、M4则处于吸收能量的电动状态。这是一种高效的工作方式，即使有多个部位的电机一直处于连续发电状态，也不需要再去考虑吸收再生能量的方式，从而达到节能的效果。但是，如果需要快速制动或紧急停止，就需加上一套制动单元和制动电阻，以便在动态过渡过程中，释放掉多余的能量。

三、富凌变频直流共母线的方案

富凌变频器直流共母线已在广东汕头的不锈钢带往复连轧设备改造中、江苏旋力集团常熟益成特钢有限公司、仪征浦峰化纤等都有成功的应用。

富凌变频器直流共母线方案有两种，见下图。

图4：富凌变频器直流共母线接线图一

图5：富凌变频器直流共母线接线图二

如图4：富凌变频器直流共母线接线图一所示，图中DZB200-1-6为变频器，对于选配功率小于55kw富变频器一般选用该方案，变频器选用通用变频器，不

定做。但是，接线和调试较复杂。

如图5：富凌变频器直流共母线接线图二所示，图中DZB200-1-6为变频器，所有变频器共用一套整流装置，系统根据实际工艺要求订制。优势是接线及调试较为简便，对于较大功率的多台变频控制系多采用此方案。

四、结论

变频器的共直流母线工业上的并列传动系统中被大量使用，当系统中的任何一台电动机处于发电状态时，其所反馈到直流母线中的能量可以被其他处于电动状态的电动机吸收利用，电动和发电状态的能量互享。根据富凌变频器在不同工艺条件下测得的数据表明，可节能10%-25%。

因此，变频器的共直流母线应用是最合理的选择。