变频调速能量回馈控制技术的现状与发展趋势（最新）

靠地换相，并可以省去强迫换流电路。

该方案采用电流滞环控制回馈电流，为大类负载提供了种切实可行的拓扑方案，具有定的通用性。

其特点如下可广泛应用于交流传动的能量回馈制动场合，克服了晶闸管强迫换相对直流侧电压限制的缺点。

这种结构不产生任何异常的高次谐波电流成分，同时它控制方便，不需要辅助关断电路，是种经济可行的方式。

通过在回路中增加电阻和开关，提供了能耗制动的可选方式，可以实现紧急制动。

基于晶闸管的再生能量回馈系统的优点是结构和控制简单，成本较低，耐压和耐浪涌电流的能力较强，在大容量的逆变装置中具有定的优势。

但是其缺点是显而易见的它输入功率因数低输入侧有高次谐波存在，谐波损耗大需要复杂的辅助关断电路，从而使装置成本增加，体积增大，可靠性降低，动态响应慢。

故般用于较大容量和对系统动态性能和快速性要求不太高的场合。

全控器件型结构全控型器件如或具有开关频率高集成度高和动态响应快等优点。

采用上述的全控型器件作为有源逆变的功率开关器件可以提高系统的效率，抑制谐波和机械噪声，这使得基于全控型器件的能量回馈控制系统已经成为研究的重点。

目前国内外流行的控制方式仅对电流回路进行滞环控制，虽然控制方式和控制电路比较简单，但系统的主要控制对象回馈电流的控制精度难以保证，从而造成系统的动态性能和抗干扰性能较差，功能不够完善。

回馈电流大小的控制是整个系统的核心环节。

本系统创新之处是摈弃了传统的滞环控制方式，采用了技术和控制技术，利用电压型控制芯片作为主控芯片进行闭环控制，综合了滞环控制方式和控制方式的优点，克服了采用滞环控制时回馈电流波形差其高频分量大器的主电路输入侧般是经三相不控桥式整流器向中间直流环节的滤波电容充电，然后通过控制下的逆变器输入到交流电动机上。

虽然这样的电路成本低结构简单可靠性高，但是由于采用三相桥式不控整流器使得功率因数低网测谐波污染以及无法实现能量的再生利用等。

消除对电网的谐波污染并提高功率因数，实现电机的四象限运行以构成变频技术不可回避的问题。

为此，整流技术的研究，新型单位功率因数变流器的开发，在国内外引起广泛的关注。

传统的制动方法是在中间直流环节电容两端并联电阻消耗能量，这既浪费了能量，又不可靠，而且制动慢或者设置套三相有源逆变系统，但增加了变压器，加大了回馈装置的体积，增加了成本而且逆变电流波形畸变严重，电网污染重，功率因数低。

而整流电路中采用自关断器件进行控制，可是电网侧的输入电流接近正弦波并且功率因数达到，可以彻底解决对电网的污染问题。

由整流器和逆变器无需增加任何附加电路，就可实现系统的功率因数约等于，消除网侧谐波污染，能量双向流动，方便电机四象限运行，同时对于各种调速场合，使电机很快达到速度要求，动态响应时间短。

位变频器双控制结构，其中是与电网电压具有同频同相位的电流信号，经电流控制器与实际电流比较生成路开关信号控制整流器中开关元件导通和关断，是实际电流跟随网侧功率因数约等于。

双控制技术的工作原理当电机处于拖动状态时，能量由交流电网经整流器中间滤波电容充电，逆变器在控制下降能量传送到电机当电机处于减速运行状态时，由于负载惯性作用进入发电状态，其再生能量经逆变器中开关元件和续流二极管向中间滤波电容充电，控制不精确的缺限，提高了系统的控制精度动态性能和抗干扰性能。

控制系统包括同步信号获取电路电压检测与控制电路电流检测与控制电路以及故障检测显示与保护电路。

其中，同步信号电路是有源逆变的基础和关键，回馈电流的检测与控制则是系统的控制核心和难点。

同步信号获取电路采用同步变压器降压全波整流法获取。

实验表明，该方法线路简单，精度高，可以很好地满足控制系统的要求。

电压检测和控制电路采用高速高线性度光电耦合器将直流母线电压线性地变为弱电压信号，该信号经变换后为回馈电流提供控制信号，以决定是否开启逆变装置进行能量回馈。

电流检测及控制电路使回馈系统成为闭环控制系统。

能量回馈过程中，首先要保证回馈电流的大小要满足回馈功率的要求。

同时回馈电流的控制精度和纹波大小直接影响到系统的控制性能，因此对电流的实时检测与控制是个非常关键的环节。

本系统采用霍尔电流传感器对回馈电流进行检测，霍尔电流传感器的特点是体积小响应速度快准确度和线性度高，完全可以胜任电路的要求采用调节器和型控制芯片进行脉宽调制，综合了滞环控制方式和控制方式的优点，使系统能快速准确地控制回馈能量。

实验结果表明电流控制完全符合设计要求。

系统提供交直流过压欠压过流缺相交直流快熔保护和故障等齐全保护措施，以保证系统和电路的正常工作，减小故障情况下的损失采用新型功率器件智能功率模块是本系统的又特色。

内部集成了高速低耗的芯片和优化的门极驱动及过流短路欠压和过热保护电路，它提高了系统的性能和可靠性，降低了系统成本，缩短了产品开发周期，是值得推广的产品开发途径。

能量回馈技术的新发展双控制技术交直交电压型变电网的要求很高，不适合我国的国情。

国内在中小容量系统中大都采用能耗制动方式，即通过内置或外加制动电阻的方法将电能消耗在大功率电阻器中，实现电机的四象限运行，该方法虽然简单，但有如下严重缺点浪费能量，降低了系统的效率。

电阻发热严重，影响系统的其他部分正常工作。

简单的能耗制动有时不能及时抑制快速制动产生的泵升电压，限制了制动性能的提高制动力矩大，调速范围宽，动态性能好。

上述缺点决定了能耗制动方式只能用于几十以下的中小容量系统。

国内关于能量回馈控制的研究正在进行，但基本上都处于实验阶段，目前已经见到有关的文献报道，但尚未见这方面产品的报道。

能量回馈系统的拓扑结构按照所选用的功率开关器件的不同，能量回馈系统的拓扑结构可分为半控器件型结构和全控器件型结构两大类。

半控器件型晶闸管型结构由于晶闸管的耐压耐流耐浪涌冲击能力是全控型功率器件所无法比拟的，加之驱动保护电路简单，价格低廉等原因，采用晶闸管构成有源逆变电路在七八十年代获得人们普遍的研究，即使在现阶段也仍有定的实际意义。

下面将要介绍几种基于晶闸管的有源逆变电路的结构基本原理以及优缺点的对比。

可控整流可控有源逆变型该方式是人们早期研究的种方案。

基本思路是在可控整流桥的基础上再反并联套有源逆变装置，当电动机处于电动状态时，整流桥工作而当电动机处于发电状态时，随着直流回路电压的升高，三相可控整流器被封锁，三相可控有源逆变器工作，将能量回馈到电网中，同时该方式有效的阻断了环流的发生。

众所周知，在晶闸管逆变电路中，为保证逆变器换流的可靠性，对逆变角有定的限制，即，同时为满足有源逆变的条件，避免直流环流，还应使变方案是在方式的基础上增加只大型电容器，通过控制电容器的充放电来保证能量回馈过程的连续，工作原理同样，先将再生能量储存在电感中，待条件满足后再将能量回馈到电网中。

该方案的优点是可以连续的回馈再生能量，保证了电流的连续性，从而使回馈的功率较高，开关损耗较小，但由于引人了大型电容器，使装置体积增大，成本提高，同时该电路输出电流波形包含较大的低次奇次谐波成分，易造成负载转矩脉动噪声较大。

滞环控制斩波逆变回馈方式上述几种方案虽然都能实现能量回馈控制，但其缺点是显而易见的，同时由于晶闸管存在强迫换流关断的问题，导致对直流侧电压有限制，若直流侧电压过高，则有可能由于晶闸管换流关断失败而导致逆变颠覆，这就限制了它们的应用。

因此等人提出了种基于晶闸管的新型回馈装置。

其主电路结构如图所示。

主回路主要包括三部分同步整流器母线换相器电流调节器。

其基本思想是当直流母线电压达到定值时启动该装置，通过控制回馈电流的大小，将再生能量有效的回馈到电网中。

为了避免整流与有源逆变在点来回切换，回馈电流采用滞环控制方式。

该电路的工作原理如下当直流母线电压达到定值如时开通，将能量回馈到电网，同步整流器以的固定相位角工作。

随着回馈电流的增加，当电流传感器检测到电流超过设定值时关断，此时回馈电流开始下降，当电流降到下限设定值时再开通，如此循环往复。

母线换相器的作用有二是为晶闸管的换相提供零电压钳位，以保证它们可靠地关断二是在紧急状态时为能耗制动提供回路。

其中大功率晶体管在每次晶闸管换相时都触发导通次，即每相位角导通次，为晶闸管提供零电压钳位，这样就可以确保晶闸管可器的最高直流侧电压小于逆变电压，于是带来了两个问题较大的将引起波形畸变干扰电网，并降低了电网的功率因数。

直流回路电压降低将使常规交流电机得不到充分利用。

为此人们又提出了种可行的解决办法，就是将有源逆变器通过升压变压器与电网相连，整流电路改为不可控。

显然，波形和功率因数都可得到改善，升压变压器可以切断上下桥臂产生的直流环流，同时为了限制交流环流以及满足有源逆变条件在电路中设置了电抗器，但它又有如下缺点增加的变压器和环流电抗器使装置的成本提高体积增大。

因只要，旦交流线电压降为零，先开通大功率晶体管，将能量暂时存在电感中，当电流达到的整定值时，关闭，同时开通，由于电感的续流作用，能量就通过晶闸管流回电网，周而复始，就可以将再生能量回馈电网。

二极管的作用是防止直流回路的短路电流通过流入电抗器中。

这种方案的优点是巧妙地利用个整流桥同时实现整流和有源逆变两种功能，结构简单，体积较小。

缺点是它的输出波形包含大量的低次奇次谐波，噪声大，同时能量回馈过程间断进行，回馈效率低，能量损耗较大，功率因数低。

为减少输出波形包含的低次奇次谐波，进步改善电路的结构，等人提出了方式。

正弦波脉宽调制方式该方式控制电路仅采用只晶体管来实现能量的回馈控制，使电路的结构更加简单，且有效的抑制了低次谐波，但它需要晶闸管的协调配合，同时该方