四象限变频器与传统变频器在电梯应用上的节能效果及输入指标对比_林梅丽VIP专享VIP免费

林梅丽/经济师关键词/Keywords四象限变频器·谐波·功率因数·节能·制动·PM电机·电气技术|ElectricTechnology40电气应用·冶金电气·2012年第31卷第8期四象限变频器与传统变频器在电梯应用上的节能效果及输入指标对比电梯领域继推出永磁同步电机之后，各大公司又推出四象限变频器，用以回收制动能量。就已经开发完毕的四象限变频器与传统变频器在电梯应用上面做了节能数据对比。实践证明，四象限变频器除了能够起到明显的节能效果外，还能带来网侧低谐波污染和系统紧凑型设计等优点。林梅丽/浙江正泰太阳能科技有限公司在传统能源日益紧张的今天，如何能开发新的再生能源，或者能够更加合理使用能源，提高能源的利用效率变得比以往更加具有现实和长远的意义。电梯行业在这方面存在巨大的潜能，永磁同步电机比传统的异步电机在效率上(尤其是低转速)有很大的提升。同时在电梯重载下行及轻载上行，尤其是高速电梯(楼层较高)的商用的应用场合，系统的回馈能量(由于重力做功)较为可观，有资料显示最高可达40%的能量被制动电阻消耗。而这部分的能量如何被收集、有效利用到电网上的其他设备，成为绿色节能电梯的主要研究内容。本文先对传统变频器做了概述性分析，然后提出四象限变频器的拓扑，最后对两种变频器作了节能对比。电梯的工作原理对于曳引式电梯系统，简化后如图1所示。电梯系统通常由以下几部分组成:①驱动系统，这部分主要由负责传动的曳引机及其控制器即变频器，还有负责整个系统调度及控制的主控盘组成。②对重，和轿厢通过钢丝绳挂在曳引机两侧，用以平衡轿厢。对重的选择通常为轿厢重量加上1/2的电梯满载(如轿厢内通常标注的可载重质量为1000kg)载重。③随行电缆，负责每个楼层的启停及位置信息的接收及发送门机系统的控制信息及轿厢载重采集。④门机控制系统，负责此楼层门的开合。⑤轿厢负责搭载乘客，同时背负随行电缆。图1曳引式电梯系统电梯有两种工作模式。当轿厢满载上行及空载下行时，变频器需要施加和对重方向一致或相反的转矩才能拖动负载，此为电动模式。而当轿厢轻载上行及重载下行时，变频器需要分别克服轿厢及轿箱内负荷下降时的势能和轿厢及轿箱内轻载负荷上行时的对重下降的势能，此时变频器即工作在吸收能量的状态，称为发电模式。还有另外一种情况，在电机快速制动时，有时候也需要变频器工作在发电模式吸收制动能量。传统变频器中产生的这种能量是通过制动电阻来消耗，称为能耗制四象限变频器与传统变频器在电梯应用上的节能效果及输入指标对比ElectricTechnology|电气技术www.eage.com.cn2012年4月下·冶金电气·电气应用41动，而电梯使用过程中，在制动时和上述两种工作模式中，仍然有能量需要被吸收。对于曳引机的控制器———变频器来讲，过去一直采用传统的不可控整流架构，目前因节能的需求开始出现一种新型的四象限变频器。传统变频器回顾传统的变频器，架构通常通过三相二极管的不可控整流然后再经过电解电容滤波(功率等级在22kW以上一般是内置电抗器，以下的功率段根据客户要求可以添加外置的电抗器用来提高网侧的功率因数和降低电流谐波)，采用空间矢量PWM(SVPWM)调制方式通过三相桥式逆变输出等效的三相交流正弦波驱动曳引机，这种情况下变频器可以简单地理解为电流型控制的电压源，如图2所示。能量从电网通过变频器流向曳引机，电能转换为机械能。当回馈能量的时候三相逆变桥通过高频PWM的方式(此时工作在整流BOOST状态)将回馈能量泵升到电解电容侧，此时逆变桥的处理目标是保持曳引机的转速，泵生能量的多少与电梯轿厢的运行状态有关。如果轿厢空载上行，则对重减去轿厢的重量，以高速运行的话，此时变频器回馈的能量最多，即回馈能量时变频器的控制目标为曳引机，回馈能量的多少全部由变频器处理。因为网侧采用二极管架构，能量只能累积到直流母线的电解电容上。当电解电容上电压升高到到限值(即制动开启电压)后，制动IGBT打开，将制动电阻连接到母线电容上，此时回馈能量以热的形式消耗在制动电阻上。图2传统变频器拓扑架构传统变频器的主要优点为:1)成本低。前者只采用不可控的三相整流。在半导体突飞猛进的现在，有大量可以选择的...