適用于電機變速驅(qū)動的能量再生電路分析

近正弦，諧波含量少，電壓變化率小，并獲得更大的輸出容量。對于大功率電機驅(qū)動設備，能量再生利用顯得尤為重要，可以顯著實現(xiàn)節(jié)能效果，提高經(jīng)濟效益。

　　多電平變換器具體電路拓撲可分為5 類：二極管箝位型、雙向開關互聯(lián)型、飛跨電容型、兩電平變流器組合型、單相H 橋級聯(lián)型等［9］。多單元兩電平變流器組合型拓撲已被證明是高壓變頻器的有效選擇，可以提高交流輸入側(cè)和電機側(cè)的電能質(zhì)量，但是輸入側(cè)通常采用二極管整流，缺乏再生運行模式，輸入側(cè)功率因數(shù)不可控，每個單元注入直流側(cè)的電流諧波較大，導致直流側(cè)必須使用較大容量的電解電容，如果以有源前端整流器代替基于二極管的輸入整流器，則可以解決這些缺陷［10］。文獻［11］對適用于多電平拓撲的再生單元進行了分析，提出了一種新的再生單元，可以實現(xiàn)能量的雙向流動，通過再生單元的組合，可以構(gòu)造適于能量再生的組合型多電平拓撲。

　　二極管箝位型多電平拓撲結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活，近年來在大功率變頻調(diào)速、無功補償、大功率穩(wěn)壓電源等方面均有較多的應用，但是隨著電平數(shù)的增多，箝位器件的數(shù)目也會增多，導致系統(tǒng)的實現(xiàn)比較困難，因此在大功率場合，以三電平、五電平應用居多。圖6 是二極管箝位型三電平雙PWM變換器在變速驅(qū)動系統(tǒng)中的應用，功能和兩電平雙PWM變換器相似，功率器件和電容增加了一倍，并額外增加了箝位二極管，可以方便地實現(xiàn)電動機的再生制動，文獻［12］比較了幾種應用于多電平變速驅(qū)動器的再生電路，包括前端整流和能量再生采用雙晶閘管橋的拓撲，認為從能量再生的角度考慮，圖6的拓撲是較好的選擇。

　　5 結(jié)語

　　再生制動功能對變速驅(qū)動器有著非常重要的意義，可以有效提高系統(tǒng)的效率，實現(xiàn)節(jié)能目的。本文通過對變速驅(qū)動器各種再生電路的分析和討論，為實際應用的選擇提供參考?；谀芰看鎯υO備和共用直流母線的再生電路，適用于一些特定的應用場合?；陔娏﹄娮幼儞Q器的再生電路，目前的使用非常多，其中使用晶閘管的再生電路，成本較低，容易實現(xiàn)大功率等級，但是由于晶閘管是半控型器件，必須考慮其換相的問題，需要采取措施保證其可靠換相，同時會向電網(wǎng)注入一定的諧波電流；基于全控型器件的再生電路，盡管成本相對較高，但是性能優(yōu)良，既能方便地實現(xiàn)能量的雙向流動，又能顯著提高電網(wǎng)側(cè)的電能質(zhì)量，因此具有較好的應用前景。對于應用于多電平拓撲的再生電路，三電平雙PWM變換器也是一種優(yōu)選的方案。

　　作者簡介：

　　胡書舉（1978-），男，博士研究生，研究方向為電力電子

　　與電力傳動、風力發(fā)電控制技術。

　　李建林（1976-），男，博士，助理研究員，研究方向為電

　　力電子技術、變速恒頻風力發(fā)電技術。

　　許洪華（1967-），男，中科院電工所可再生能源研究部

　　主任，研究員，博士生導師，研究方向為風力發(fā)電、太陽光

　　伏發(fā)電以及電力電子技術。