CN101728837A - 能量回馈*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了能量回馈***，该***中的回馈接触器、滤波器、回馈器逆变桥以及防呆二极管依次连接形成回馈通路；所述回馈通路通过回馈接触器闭合实现回馈通路的接通和在回馈器故障保护时断开回馈接触器以切断所述回馈通路；回馈器外接的变频器通过回馈器中的旁路接触器从电网吸收电能；所述旁路接触器在回馈器闭合回馈接触器接通回馈通路且向电网回馈电能时断开，所述旁路接触器在回馈电能结束时闭合使变频器整流桥接通电网。本发明采用上述两个接触器相互配合的工作模式能够有效的抑制回馈器在向电网回馈电能时与变频器间产生的高频环流，有效的防止所述环流对变频器的损坏。

Description

能量回馈***
技术领域：
本发明涉及一种节能***，特别涉及一种可用于电气拖动***的能量回馈***。
背景技术：
电机拖动位能式负载往复运行时，电机会不断进入发电运行状态。针对发出的这部分电能，传统拖动***均采用能耗制动方式将其转化成热能白白浪费掉。这种情况在电梯中尤为显得明显。电梯运行过程中当电梯轿厢在运行过程中逐步减速直至停止以到达目标层时，电梯曳引机将释放机械动能。同时电梯轿厢还是一个位能性负载，由于电梯轿厢和对重的质量差，电梯轿厢在运行时还具有机械位能。当轿厢在运行过程中制动从而释放包括位能和动能的多余机械能时，将使电梯电动机处于再生发电状态，从而将负载的多余能量“再生”成电能。所再生的电能将通过电梯的电动机和变频器转换成直流电能储存在变频器直流环节的电容中，如果不能将所储存的电能及时释放，就会发生故障，使电梯无法正常运行。
通常在变频器直流环节中接入制动单元及制动电阻，通过由此形成的耗能电路使再生电能被制动电阻以热能的形式及时消耗释放掉，从而防止变频器直流侧因再生电能过大而引起设备故障。这种处理方式就是传统中常见的能耗制动方式。
为回收利用传统能耗制动中白白浪费掉的电能，相关技术人员将能量回馈器与变频器配合使用，回馈器可以将发出的电能几乎无损耗地回馈给电网，既达到了节能目的，又避免了传统能耗制动单元中大功率电阻的大量发热，改善了***运行环境。但是现有技术中的回馈***在运行时还存在以下问题：
(1)如图4所示，在采用PWM控制策略时，在变频器1和能量回馈器2之间将产生较大环流3，会对变频器有损坏。
(2)回馈器或变频器故障时，回馈器虽能自动停止回馈，但因不具备接触器和防呆二极管功能自检的功能，无法确保回馈器回馈通路不对变频器直流母线提供电能，因此对原有传动装置的安全运行造成潜在风险。
发明内容：
本发明针对上述能量回馈***所存在的问题，而提供一种能量回馈***，该回馈***能够有效抑制电路中出现的环流，避免对变频器造成损坏，同时通过对接触器和防呆二极管进行功能自检来加强***运行的可靠性和安全性。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
能量回馈***，所述***与变频器配合使用，其包括回馈接触器、滤波器、回馈器逆变桥以及防呆二极管，所述***还包括旁路接触器，所述回馈接触器、滤波器、回馈器逆变桥以及防呆二极管依次连接形成回馈通路；所述回馈通路通过回馈接触器闭合实现回馈通路的接通和在回馈器故障保护时断开回馈接触器以切断所述回馈通路；所述回馈器外接的变频器通过回馈器中的旁路接触器从电网获取电能；所述旁路接触器在回馈器闭合回馈接触器接通回馈通路且向电网回馈电能时断开，所述旁路接触器在回馈电能结束时闭合使变频器整流桥接通电网。
所述***中设置于回馈通路上的防呆二极管可为一个防呆二极管或者两个防呆二极管。
所述***还设置有功能自检模块，该模块在检测到故障时，将自动禁止***向电网回馈电能，同时断开回馈接触器，并合上旁路接触器；使得变频器在自身能耗制动单元的配合下通过旁路接触器从电网获取电能继续工作；所述功能自检模块包括防呆二极管功能自检模块和回馈接触器功能自检模块。
所述防呆二极管功能自检模块通过以下方式实现自检功能：
(401)在回馈电能的过程中，将能量回馈***自身直流母线电压指令设置成在特定时间内高于变频器制动单元动作点电压一特定阀值；
(402)若在该特定时间内能量回馈***实际直流母线电压能达到所述电压指令值，则防呆二极管功能正常；
(403)若在该特定时间内能量回馈***实际直流母线电压未能达到所述电压指令值或能量回馈***电网侧电流超出某特定阀值，则防呆二极管功能异常，出现短路故障，将使***停止向电网回馈电能，并断开回馈接触器。
所述回馈接触器功能自检模块通过以下方式实现自检功能：
(501)在变频器工作于发电运行模式时，将能量回馈***自身直流母线电压指令设置成在特定时间内高于变频器制动单元动作点电压一特定阀值并控制回馈接触器处于断开状态，同时使***进入向电网回馈电能的工作状态；
(502)在该特定时间内能量回馈***实际直流母线电压能达到所述电压指令值或能量回馈***电网侧电流超出某特定阀值，则表明回馈接触器出现无法正常断开的故障，将使***停止向电网回馈电能，并断开回馈接触器；
(503)在该特定时间内能量回馈***实际直流母线电压未能达到所述电压指令值，则回馈接触器功能正常。
所述回馈接触器功能自检模块与配置有辅助触点的回馈接触器配合，并通过以下方式实现自检功能：
(601)检测分析回馈接触器上辅助触点检测到的回馈接触器当前工作状态信号；
(602)将检测到的当前工作状态信号与能量回馈***发出的控制信号相比是否一致：若一致，回馈接触器工作正常；若不一致，表明回馈接触器出现故障。
所述***中还设置有旁路接触器功能自检模块，与其配合的旁路接触器配置有辅助触点，所述旁路接触器功能自检模块通过以下方式实现自检功能：
(701)检测分析该辅助触点检测到的旁路接触器当前工作状态信号；
(702)将检测到的旁路接触器当前工作状态信号与能量回馈***发出的控制信号比较是否一致，若两者一致，则表明旁路接触器工作正常；若不一致，表明旁路接触器出现故障，控制***停止向电网回馈电能，并断开回馈接触器。
根据上述技术方案得到的本发明采用两个接触器能够有效的抑制环流，有效的防止环流对变频器的损坏。同时采用回馈电流基于正弦波的控制策略，经滤波器滤波后，输出的电流电压谐波含量低，对电网污染小。
本发明还具备接触器和防呆二极管自检功能，能确保回馈通路不对变频器直流母线提供电能，避免对原有传动装置的运行造成潜在风险。
本发明不仅仅可用在电梯驱动***下，其他各种存在发电运行模式的电气拖动***下均可应用。
附图说明：
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明的主电路示意图。
图2为本发明中另一主电路示意图。
图3为本发明中回馈通路的电路示意图。
图4为现有回馈器在回馈时与变频器间产生的环流示意图。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
本发明为了避免现有电能回馈***所存在的问题，而提供如图1和2所示的新型能量回馈***。
如图1所示，该***100主要包括回馈接触器K1、滤波器、第一逆变桥、第一防呆二极管D1、旁路接触器K2。其中电网300通过***100中的旁路接触器K2向变频器200中的变频器整流桥201供电，第一逆变桥101的一侧通过第一防呆二极管D1连接到变频器直流母线侧203(如图3所示)，另一侧与回馈器滤波器102连接，回馈器滤波器102通过回馈接触器K1连接电网300，从而形成回馈通路。在该回馈通路上可以再增加一个第二防呆二极管D2(如图2所示)，能够起到更好的保护作用；在实际应用中只采用第一防呆二极管D1、或者第二防呆二极管D2、或者同时采用两个防呆二极管都可满足功能需求。
具体回馈通路的涉及如图3所示，该通路中回馈接触器K1，实现对整个回馈通路的接通和故障保护功能。在整个回馈***向电网回馈电能时，回馈接触器K1闭合，接通回馈通路。相应的电能依次经过变频器直流母线侧203、第一逆变桥即回馈器逆变桥101、回馈器滤波器102及K1回送到电网300。在回馈器故障时，接触器K1断开，使上述通路断路，既可彻底切断电网经回馈器逆变桥向变频器直流母线侧供电的通路，又可避免故障进一步恶化。
旁路接触器K2用于控制三相电网向变频器整流桥201输入侧204供电；在回馈通路向电网回馈电能时旁路接触器K2断开，可抑制环流；而在回馈结束后旁路接触器K2再闭合，电网经旁路接触器K2向变频器整流桥供电。
滤波器102用于对回馈器逆变桥开关器件动作时产生的PWM电压进行滤波，减小输入到电网的PWM谐波电流。
回馈器逆变桥101上的功率开关管VT1～VT6组成的三相桥臂，用于将直流电压逆变成交流电压。
防呆二极管D1、D2分别安置在回馈器逆变桥连接变频器直流母线的P、N母线上，可用于防止P、N母线接反损坏装置。但在实际应用中D1和D2可都采用，也可以任取一个均可满足应用需求。
根据上述技术方案得到的能量回馈***100与变频器整流桥201和第二逆变桥202组成的变频器200配合使用时，其具体运行过程如下：
在马达400电动运行时，旁路接触器K2闭合，由K2、变频器整流桥和第二逆变桥组成的电动供电通路向马达400提供电能。此时回馈器逆变桥101不工作，整个电能回馈***处于待机状态；电网300的交流电经过旁路接触器K2向变频器整流桥201输入侧204供电，从而实现变频器100驱动马达400运行。
当马达400发电运行时，变频器直流母线上的电压将上升，同时与其连接回馈器直流母线上的电压Udc也会随之上升。当回馈器直流母线上的电压Udc上升至设定的阈值后，电能回馈***100将使回馈接触器K1闭合、旁路接触器K2断开，从而接通回馈通路，断开电动供电通路。电能回馈***100通过控制其逆变桥101工作方式使回馈器直流母线上的电压Udc控制在设定电压值上，并开始向电网300回馈电能。此时由于旁路接触器K2断开，将可避免电能回馈器***100与变频器200整流桥201间环流的出现。在回馈电能结束后，回馈器***将闭合K2进入待机状态。
在能量回馈***检测到严重故障时，将自行禁止向电网回馈电能的功能，并断开回馈接触器K1使回馈通路彻底与电网断开，同时闭合旁路接触器K2保证变频器能够继续经旁路接触器K2从电网获取电能，维持变频器的继续可靠运行。
为了能够及时获知电能回馈***的关键器件是否正常，进一步减少回馈器自身故障对传动***的影响，本发明提供的能量回馈***对防呆二极管、回馈接触器K1以及旁路接触器K2具有自检功能。相应自检功能的实现如下：
防呆二极管自检功能：
在不做防呆二极管功能自检情况下，在回馈运行时，回馈***将自身直流母线电压指令设置得比变频器能耗制动单元的动作电压稍低。在做防呆二极管自检时，回馈***在回馈过程中将自身直流母线电压指令设置得比变频器能耗制动单元的动作电压高出一定阀值，若此后回馈***实际直流母线电压能升至该设置值，则说明防呆二极管工作正常；若电压小于或只能升至变频器制动单元动作点电压，则说明防呆二极管已短路损坏，将使***停止向电网回馈电能，并断开回馈接触器。
回馈接触器K1自检功能，本发明可通过以下两种方式实现：
(1)在回馈电能的过程中，***向回馈器发送K1断开信号，能量回馈***设置自身直流母线电压指令在特定时间内高于变频器制动单元动作点电压一特定阀值并控制回馈接触器使其处于断开状态，同时使***进入向电网回馈电能的工作状态；若在该特定时间内能量回馈***实际直流母线电压能达到所述电压指令值或能量回馈***电网侧电流超出某特定阀值，则表明回馈接触器出现无法正常断开的故障；若在该特定时间内能量回馈***实际直流母线电压未能达到所述电压指令值，则表明回馈接触器功能正常。
(2)给回馈接触器K1配装辅助触点，利用K1辅助触点输出的信息作为反馈信号，与***发出的回馈接触器K1控制信号进行比较。若两者信号不一致，则说明回馈接触器K1工作异常；若两者信号一致，则说明回馈接触器K1工作正常。
旁路接触器K2自检功能：
给旁路接触器K2配装辅助触点，利用旁路接触器K2辅助触点输出的信息作为反馈信号，与***发出的旁路接触器K2控制信号进行比较。若两者信号不一致，则说明旁路接触器K2工作异常；若两者信号一致，则说明旁路接触器K2工作正常。
由于上述的自检功能，使得本专利提供的能量回馈***在检测到故障时，将自动禁止自身向电网回馈电能的功能，同时断开回馈接触器，并合上旁路接触器；之后变频器在自身能耗制动单元的配合下通过旁路接触器从电网获取电能继续工作。
由上述技术方案得到的本发明采用回馈电流基于正弦波的控制策略，经滤波器滤波后，输出的电流电压谐波含量低，对电网污染小。在回馈时，通过断开旁路接触器K2，可完全抑制回馈器逆变桥开关动作时带来的环流。在故障时，通过控制旁路接触器K2闭合以及回馈接触器K1断开和防呆二极管单向导通特性，使得变频器在自身能耗制动单元的配合下通过旁路接触器从电网获取电能继续工作，从而能够很好的保证回馈***自身的故障不影响原有传动***的继续运行以及安全性能。
本发明还可应用于其他各种存在发电运行模式的电气拖动***中，其具体实施的方案和运行过程如上所述，此处不加以赘述。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.能量回馈***，所述***与变频器配合使用，其包括回馈接触器、滤波器、回馈器逆变桥以及防呆二极管，其特征在于，所述***还包括旁路接触器，所述回馈接触器、滤波器、回馈器逆变桥以及防呆二极管依次连接形成回馈通路；所述回馈通路通过回馈接触器闭合实现回馈通路的接通和在回馈器故障保护时断开回馈接触器以切断所述回馈通路；所述回馈器外接的变频器通过回馈器中的旁路接触器从电网获取电能；所述旁路接触器在回馈器闭合回馈接触器接通回馈通路且向电网回馈电能时断开，所述旁路接触器在回馈电能结束时闭合使变频器整流桥接通电网。
2.根据权利要求1所述的能量回馈***，其特征在于，所述***中设置于回馈通路上的防呆二极管可为一个防呆二极管或者两个防呆二极管。
3.根据权利要求1所述的能量回馈***，其特征在于，所述***还设置有功能自检模块，该模块在检测到故障时，将自动禁止***向电网回馈电能，同时断开回馈接触器，并合上旁路接触器；使得变频器在自身能耗制动单元的配合下通过旁路接触器从电网获取电能继续工作；所述功能自检模块包括防呆二极管功能自检模块和回馈接触器功能自检模块。
4.根据权利要求3所述的能量回馈***，其特征在于，所述防呆二极管功能自检模块通过以下方式实现自检功能：
(401)在回馈电能的过程中，将能量回馈***自身直流母线电压指令设置成在特定时间内高于变频器制动单元动作点电压一特定阀值；
(402)若在该特定时间内能量回馈***实际直流母线电压能达到所述电压指令值，则防呆二极管功能正常；
(403)若在该特定时间内能量回馈***实际直流母线电压未能达到所述电压指令值或能量回馈***电网侧电流超出某特定阀值，则防呆二极管功能异常，出现短路故障，将使***停止向电网回馈电能，并断开回馈接触器。
5.根据权利要求3所述的能量回馈***，其特征在于，所述回馈接触器功能自检模块通过以下方式实现自检功能：
(501)在变频器工作于发电运行模式时，将能量回馈***自身直流母线电压指令设置成在特定时间内高于变频器制动单元动作点电压一特定阀值并控制回馈接触器处于断开状态，同时使***进入向电网回馈电能的工作状态；
(502)在该特定时间内能量回馈***实际直流母线电压能达到所述电压指令值或能量回馈***电网侧电流超出某特定阀值，则表明回馈接触器出现无法正常断开的故障，将使***停止向电网回馈电能，并断开回馈接触器；
(503)在该特定时间内能量回馈***实际直流母线电压未能达到所述电压指令值，则回馈接触器功能正常。
6.根据权利要求3所述的能量回馈***，其特征在于，所述回馈接触器功能自检模块与配置有辅助触点的回馈接触器配合，并通过以下方式实现自检功能：
(601)检测分析回馈接触器上辅助触点检测到的回馈接触器当前工作状态信号；
(602)将检测到的当前工作状态信号与能量回馈***发出的控制信号相比是否一致：若一致，回馈接触器工作正常；若不一致，表明回馈接触器出现故障。
7.根据权利要求1所述的能量回馈***，其特征在于，所述***中还设置有旁路接触器功能自检模块，与其配合的旁路接触器配置有辅助触点，所述旁路接触器功能自检模块通过以下方式实现自检功能：
(701)检测分析该辅助触点检测到的旁路接触器当前工作状态信号；
(702)将检测到的旁路接触器当前工作状态信号与能量回馈***发出的控制信号比较是否一致，若两者一致，则表明旁路接触器工作正常；若不一致，表明旁路接触器出现故障，控制***停止向电网回馈电能，并断开回馈接触器。
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