变频技术：共用直流母线技术

变频技术：共用直流母线技术

变频技术:共用直流母线

共用直流母线分为两种:共用直流均衡母线和共用直流回路母线。共用直流均

衡母线是将多台变频器的直流母线回路并联在一起(变频器本身设计有外接的直流

母线输出端子)，达到共用直流母线的方式。每台变频器和共用直流母线之间可以

加装电抗器、快速熔断器和接触器等，这一部分是变频器以外的部分，电气设计人

员可以根据实际需要进行设计。共用直流回路母线方式是将多台逆变器连接到同一

个公共的直流回路上。

共用直流母线特点:

1 节能:电机制动时回馈的能量可以被利用，所以比较节能，特别是对油田磕

头机、起重机等升降设备而言更具有节能优势;

2 设备功率因素较高:因电机能够回馈能量，无功功率损失小，所以设备功率

因素较高，达95%以上;

3 瞬间停电不一定导致变频器跳闸停机:这是因为一些设备在瞬间停电时可能

正处于制动(发电、回馈能量状态)，所以瞬间停电干扰对设备的影响就没有那么大;

4 电网谐波较低:共用直流母线平衡了变频器的直流母线电压，设备启动、停

止时对电网的冲击也低;

5 可以急降速:不存在制动电阻消耗能量，因为电机在停机时成了发电机，能

量回馈到直流母线上了;

6 允许频繁起动操作:因为有共用直流母线的存在，设备启动、停止时对电网

和电气设备的冲击也减小了，因此允许频繁起动操作;

7 多台变频器不需相同的额定功率:各电机也不需相同功率，但差别不要过

大，最适合比例连动控制;

8 可以驱动三相永磁同步电机。

对于一般的系统集成商来说，采用的共用直流母线方式都是共用直流均衡母线方式。因为这种方式对于设计人员来说更加方便:因为采用了成品变频器，就比较容易设计外围电路、功能强(变频器本身具有比较强的功能)、采购方便、安装/维修方便等。

对于专业制造厂家或其他场合而言，可能用到共用直流回路母线方式要多一些。因为这种方式采用了1个整流器和多个逆变器，成本更低。但功能相对较弱(单独的逆变器和变频器相比，功能终究要弱一些)，而且采购、安装/维修可能也没那么方便。

下面详细说明一下共用直流均衡母线和共用直流回路母线的定义和异同点: 共用直流均衡母线:下面是在施耐德ATV71系列变频器的直流母线应用方式:

几个变频器并联连接在直流母线上:应用时建议将几个变频器并联连接在直流母线上，因为必须保证电机的全部功率。每个变频器使用各自的充电电路。

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在工业电气传动中，由于工艺和驱动设备的各种原因，再生能量的现象经常发生，在能量回收系统中有着各种方法，下面提出一种通用变频器在大型生产线中共直流母线方案，并阐述了其在离心机、化纤设备、造纸机上的进一步应用。

在同一个电力拖动系统中的一个或多个传动有时会发生从电机端发电得到的能量反馈到传动的变频器中来，这种现象叫“再生能量”。这种情况一般发生在电机被拖着走的时候(也就是被一个远远高于设定值的速度拖动的时候)，或者是当传动电机发生制动以提供足够的张力的时候(如放卷系统中的传动电机)。传统意义上的PWM变频器并没有设计使再生能量反馈到三相电源的功能，因此所有变频器从电机吸收的能量都会保存在电解电容中，最终导致变频器中的母线电压升高。如果变频器配备制动单元和制动电阻，变频器就可以通过短时间接通电阻，使电能以热方式消耗掉。当然只要充分考虑到制动时最大的电流容量、负载周期和消耗到制动电阻上的额定功率就可以来设计合适的制动单元，并以连续的方式消耗电能，最终能够保持母线电压的平衡。这种制动单元的工作方式其实就是消耗能量的一种。

如果有多个传动变频器通过直流母线互连的话，一个或多个电机产生的再生能量就可以被其他电机以电动的方式消耗吸收了。这是一种非常有效的工作方式，即使有多个部位的电机一直处于连续发电状态，也不用再去考虑其他的处理再生能量的方式。在这种方式下，如果还需要一个更快刹车或紧急停止的状态的话，那就需要再加上一个一定容量的制动单元和制动电阻以便在非常时刻起作用，当然采用能量回馈装置就可以充分地将直流母线上的多余能量直接反馈到电网中来。

通用变频器共用直流母线的方案

对于通用变频器而言，采用共用直流母线很重要的一点就是在上电时必须充分考虑到变频器的控制、传动故障、负载特性和输入主回路保护等。图一所示为在其中一种应用比较广泛的方案。该方案包括3相进线(保持同一相位)、直流母线、通用变频器组、公共制动单元或能量回馈装置和一些附属元件。

图通用变频器共直流母线方案

该方案特点:

(1)使用一个完整的变频器，而不是单纯使用传统意义上的整流桥加多个逆变器方案;

(2)不需要有分离的整流桥、充电单元、电容组和逆变器;

(3)每一个变频器都可以单独从直流母线中分离出来而不影响其他系统;

(4)通过连锁接触器来控制变频器的DC到共用母线的联络;

(5)快熔来保护挂在直流母线上的变频器的电容单元;

(6)所有挂在母线上的变频器必须使用同一个三相电源。

图中QF是每个变频器的进线保护装置，它应该采用带辅助触点的空气开关，这主要是因为直流接触器MC的接通必须同时满足QF的辅助触点闭合和变频器运行状态正常这两个条件，否则MC就断开。 LR为进线电抗器，由于实际工作现场的复杂环境往往会导致电网的波动并产生高次谐波，使用进线电抗器就

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能有效地避免这些因素对变频器的影响，也可用于增加电源阻抗并帮助吸收附近设备投入工作时产生的浪涌电压和主电源的电压尖峰，从而最终保护变频器的整流单元。LR的选型原则可选用与变频器同功率的即可。

为确保变频器上电后顺利地挂上DC母线，或是在变频器故障后快速地与DC母线断开以进一步缩小变频器故障范围，使用在该场合的变频器必须要有信号24VDC 或干触点信号输出，其输出信号至少包括:(1)READY信号:该信号输出有效则表示变频器无故障，母线电压正常，可以接受启动命令;(2)FAULT信号:该信号输出表示变频器故障。

FU为半导体快速熔断器，额定电压通常可选700VDC，如Bussman的FWP系列或Gouldshawmut的A70P系列，额定电流必须考虑到驱动电机在电动或制动时的最大能量，一般情况下可以额定负载的125%电流即可。

MC为2P直流接触器，如ABB的EHDB系列，额定电压650VDC，其额定电流同样须根据驱动电机制动时的最大电流来定，一般情况下可以选额定负载的120%电流。

用直流母线的应用

通用变频器的共用直流母线方案目前已经在工业领域的很多机械设备上得到广泛应用，不仅整机(设备加电气)故障率低，而且能最大程度地节能，更具有环保的意义。

1离心机

卧螺离心机用双电机驱动(如图下所示)，与主动件相连的电机处于电动机工作状态为主电机，与从动件相连的电机由于转鼓差速的作用始终处于发电机状态的为副电机。该传动方式早在60年代已应用于实验室，但这种传动方式几十年来没有在工业上获得广泛应用，究其原因:关键在于副电机再生的电能在当初的技术条件下不能合理利用。所以大多数情况下，卧螺离心机的副电机都被取消，而安装了涡流制动器。