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基于台达AFE2000的四象限变频控制

基于台达AFE2000的四象限变频控制

2011/5/16 21:56:00

 

【摘要】本文主要阐述台达C-2000变频器与AFE2000共同构成四象限变频控制模式,此控制模式展现出台达在能量回馈技术方面的突破,真正实现了绿色变频器,有效节省了电能消耗。
  【Abstract】In this paper, a control mode for four-quadrant varied-frequency based on C-2000 andAFE2000 is proposed. This control mode shows the breakthrough in energy-feedback technology for DeltaIABU, so it really realizes the energy-saving inverter and effectively economizes the cost of electricity.

  【关键词】变频器;四象限变频控制模式;节能;PWM整流器

  自上世纪80年代末,变频调速技术登上工业传动的历史舞台以来,变频调速技术就以其调速范围宽、调速精度高、工作效率高、控制灵活和使用方便等优点,成为最具影响力的工业自动化调速技术。基于该技术发展的变频器一直延续着采用无控或半控器件来进行电网侧的整流,这种模式导致了变频器只能工作在电动状态,无法实现真正的制动,因此这类变频器被称为两象限变频器。两象限变频器的弱点在于无法实现制动回馈,导致电能的浪费;此外功率因数较低,DCBUS上的电流无法形成真正的正弦,间接地造成了电能不必要的浪费。

  两象限变频器最大的问题就是整流侧的器件无法实现全控,导致无法进行能量回馈操作。因此,高频PWM整流技术孕育而生了。高频PWM整流技术分为直接电流控制PWM整流和间接电流控制PWM整流两种方式,间接PWM整流是依据PWM整流器的稳态电压平衡关系得到的控制方式,具有良好的静态特性,控制简单方便,但是同时由于没有检测输入交流电流,造成动态响应慢、稳态性差。因此,在实际的设计中往往在间接电流PWM整流的基础上增加电压外环,组成双闭环结构,保证动态响应。

 

 1 三相PWM整流器工作原理

  1.1 主回路工作模式

  三相电压型PWM整流器主回路如图1所示。

  当整流器进入稳态工作状态,输出直流电压恒定,整流桥的三相桥臂按正弦的脉宽调制规律驱动。当PWM整流器处于整流状态时,三相交流电源将会通过IGBT或二极管向DC端进行整流。当PWM整流器处于逆变状态,即需要进行能量回馈的时候,DC端电流将会通过IGBT或整流器向电网回馈。

  为了讨论三相PWM整流器的整流与逆变过程,采用图2所示的空间电压矢量来描述三相桥臂的开关状态。

  图2表明,当电网电压信号经过一个周期后,空间电压矢量已经从U1-U5-U4-U6-U2-U3-U1旋转了一周,并且在每个状态的变换中,包含了U0和U7两个状态。结合图2,将三相电流空间坐标定义为如图3所示的状态。

 

  我们将U1-U5定义为Ⅰ区域,U5-U4定义为Ⅱ区域,U4-U6定义为Ⅲ区域,U6-U2定义为Ⅳ区域,U2-U3定义为Ⅴ区域,U3-U1定义为Ⅵ区域。各个区域内的电流空间矢量变化共同造就了合成磁势的旋转,从而形成正弦电流。其结果见图4。

  图4 合成磁势一周状态

  以第Ⅰ区域为例,结合三相电压型PWM整流器来进一步描述三相桥臂的导通与电流流向状况,如图5所示。

 

 

  2 台达AFE2000能量回馈单元

  

AFE2000是台达IABU提出的一款与变频器匹配的能量回馈装置,AFE2000采用有功无功电流解耦控制,通过CLARK-PARK变换达到有功和无功的解耦控制,从而实现功率因数调整和能量回馈控制。其外观图如图8所示。

 

  通过图9可知,能量回馈也分为两种方式,一种为只进行能量回馈,但是无法实现功率因数的改善;另一种为进行能量回馈,同时也进行功率因数的改善。AFE2000属于最高层,即可以进行能量回馈,同时也能实现功率因数的改善,且控制参数简便,容易调整。

  3 结语

  三相PWM整流器因其所具备的功率因数改善和能量回馈等功能,越来越受到广大工程应用人员的青睐。台达AFE2000正是基于三相PWM整流器开发的能量回馈单元,其控制模式简单,功能强大,能同时进行功率因数与DCBUS电压的双重调整,将其与变频器连接后,真正实现了绿色调频的理念,抛弃传统的能耗很高的热能消耗方式,将回生能量充分利用,符合节能、环保、爱地球的理念。

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