变频器负荷共享（共母线）的应用

变频器负荷共享（共母线）的应用 2014-04-01 点击数：1054

负荷共享的概念：
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”。
我们可以从电机的力矩特性图上看出这二种运行方式运行在不同的区域。
从上图可以看出，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。行车的主钓钩带负载下降时，就工作在这种状态。这时候，电机的转速已经大于同步转速，事实上电机是在被拖着走，电机产生“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。我国现在只允许油田系统可以向电网回馈电能。
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反馈到电解电容中，最终导致变频器中的直流母线电压升高。如果变频器配置了制动单元和制动电阻，变频器就可以接通电阻，使“再生能量”最终以热能方式被消耗掉。当然，必须考虑制动单元和制动电阻的功率，并以高频脉冲方式消耗掉能量，最终能够保持母线电压的平衡。
让我们再来看一看“再生能量”是如何反馈到直流母线上去的。现在大多数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，如下图所示。
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。
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。如下图。
从上图可以看出，M1、M3处于能量再生的发电状态，而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。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。

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