四象限矢量变频器的能量回馈制动原理

四象限变频器工作原理-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII四象限变频器工作原理四象限把电机的运行速度方向用一条数轴X来表示，数轴的正方向代表正转的转速，反方向表示反转的转速；把电机的电磁转矩方向用一条数轴Y来表示，数轴的正方向代表正的电磁转矩，反方向表示负的电磁转矩；构成一个平面坐标系XOY，那么电动机正常电动状态处在第一象限（正转、电动），发电（制动）再生运行在第二象限（正转、发电）.电梯曳引电动机由于正常状态就不断正、反转，上、下行都有可能电动或发电，处于四象限运行状态，各个状态能量转换方向不同.用四象限来描述电机运行状态，和用熟悉的正、反转，电动、发电描述是一样的道理。

四象限变频器原理图单独对于电机来说，所谓四象限是指其运行机械特性曲线在数学轴上的四个象限都可运行。

第一象限正转电动状态，第二象限回馈制动状态，第三象限反转电动状态，第四象限反接制动状态。

能够具有使得电机工作在四象限的变频器才称得上四象限变频器。

在上个世纪80年代末，交流变频调速逐渐登上了工业传动调速方式的历史舞台。

变频调速在调速范围、调速精度、控制灵活、工作效率、使用方便等方面都有很大的优点，使变频调速成为最有发展前途的一种交流调速方式。

普通的变频器大都采用二极管整流桥将交流电转化成直流，然后采用IGBT 逆变技术将直流转化成电压频率皆可调整的交流电控制交流电动机。

这种变频器只能工作在电动状态，所以称之为两象限变频器。

由于两象限变频器采用二极管整流桥，无法实现能量的双向流动，所以没有办法将电机回馈系统的能量送回电网。

在一些电动机要回馈能量的应用中，比如电梯，提升，离心机系统，只能在两象限变频器上增加电阻制动单元。

将电动机回馈的能量消耗掉。

另外，在一些大功率的应用中，二极管整流桥对电网产生严重的谐波污染。

IGBT功率模块可以实现能量的双向流动，如果采用IGBT做整流桥，用高速度、高运算能力的DSP产生PWM控制脉冲。

四象限变频器及普通能量回馈单元介绍[修订] 四象限变频器及普通能量回馈单元介绍一、四象限变频器简要介绍普通的变频器大都采用二极管整流桥将交流电转化成直流，然后采用IGBT逆变技术将直流转化成电压频率皆可调整的交流电。

这种变频器只能工作在电动状态，所以称之为两象限变频器。

由于两象限变频器采用二极管整流桥，无法实现能量的双向流动，所以没有办法将电机回馈系统的能量送回电网。

在一些电动机要回馈能量的应用中，比如电梯，提升，离心机系统，只能在两象限变频器上增加电阻制动单元，将电动机回馈的能量消耗掉。

另外，在一些大功率的应用中，二极管整流桥对电网产生严重的谐波污染。

为了使变频器能工作在发电状态，将制动的能量回馈至电网，降低能耗，实现四象限运行，通常有两种做法:1、给变频器配一个或多个能量回馈单元，能量回馈单元可并联，可将能量回馈至电网，但对母线电压及谐波和功率因素无法自动调整，这种方式成本低，一定程度上可降低能耗，但效果相对较低，对变频器运行基本无优化和保护功能;、给变频器配一个有源前端，就是常说的AFE，可实现可控整流及能量回2 馈，母线电压可调，功率因数可调，可有效降低谐波，一定范围内基本可忽略母线电压波动带来的影响，这种方式效果较好，但成本相对较高，通常用在功率因素要求较高或需频繁制动的场合，如:电梯、矿井提升下放、起重升降等。

二、能量回馈单元介绍工作原理框图如下:能量回馈单元没有DSP处理器，所有控制由硬件完成，逆变功率部分采用IGBT，实际应用时电气连接图如下:能量回馈单元控制电路直流母线+直流母线-电网RST直流母线+变频上电缓冲电路直流母线-器回馈单元是将电机制动时产生并输入到变频器母线的能量逆变生成与电网同步同相位的交流正弦波，把电能回馈给电网。

特点如下:1、能量只能从变频器直流母线流向电网，单向不可逆;2、所有控制功能由硬件完成，无DSP，因此功能单一，除回馈能量外无其他功能;3、与变频器主回路分开，各走各的，除了将变频器母线多余能量回馈至电网外，对变频器运行无其他优化功能。

浅析地铁逆变回馈型再生制动能量利用装置发表时间：2019-06-13T16:58:37.120Z 来源：《防护工程》2019年第5期作者：张智鹏[导读] 本文主要对逆变回馈型再生制动能量吸收装置的工作原理、输出特性、控制策略进行分析。

深圳市市政设计研究院有限公司广东省 518000 摘要：地铁车辆制动时，电机由电动机状态转化为发电机状态，列车的动能转化为电能，向直流网反馈能量，此过程称为再生制动。

地铁具有运量大、站间距离短、车辆启停频繁等特点，列车制动回馈能量可达牵引能量的30%～40%。

由于整流机组采用的是二极管不控整流，再生制动能量无法回馈到交流侧。

当列车制动时，如果再生制动电能没有被同一供电区内处于牵引工况的其他列车吸收，反馈回电网的电能会造成直流侧网压的升高，当网压升高超过上限值时，可能会造成再生制动失效。

关键词：地铁逆变回馈型再生制动能量利用导言目前对再生制动能量的处理主要有电阻耗能型、能量存储型和逆变回馈型三种。

其主要工作原理为：处于再生制动工况下的列车回馈的能量引起网压上升，当网压上升至限值时，开启再生制动能量吸收装置，吸收多余的能量，以维持牵引网网压稳定。

本文主要对逆变回馈型再生制动能量吸收装置的工作原理、输出特性、控制策略进行分析。

1工作原理逆变回馈型吸收装置的核心是大功率四象限变流器（又称PWM变流器），它是基于PWM脉宽调制技术的一种功率变换装置，将再生制动能量回馈给不同电压幅值的交流电网。

整个装置包括双向变流器，隔离变压器等。

其成本较高，且目前受功率等级限制。

地铁牵引供电的实际情况是，需要反送回交流电网的再生制动能量小于列车从牵引网上所获取的牵引能量。

因此，对于牵引变电所而言，所需配备的逆变容量也比整流的容量小。

鉴于此种情况且基于成本的考虑，目前国内实际应用中，基本都是采用二极管整流机组与PWM变流机组相结合的方案，充分发挥二者各自优势。

但由于二极管整流机组已满足整流容量需求，该PWM变流机组仅用于逆变。

四象限变频器原理框四象限变频器是一种电力变换设备，通过控制输入信号的频率和幅度，将输入的电能转换为所需的输出电能。

它由四个象限组成，分别是第一象限、第二象限、第三象限和第四象限。

四象限变频器的原理框如下：输入电源——整流器——中间直流电容器——逆变器——输出端负载。

首先，将交流电输入到整流器中，整流器将交流电转换为直流电。

然后，直流电经过中间直流电容器进行滤波，消除电能的波动，产生稳定的直流电源。

接下来，直流电经过逆变器进行逆变换，将直流电转换为交流电。

在逆变器中，通过控制逆变器的开关管的导通和断开，改变输出电压的波形和频率。

逆变器由两个可控开关管控制，分别控制正半周和负半周，以实现四象限的操作。

当开关管导通时，电流从正极到负极流动，产生正向输出电压；当开关管断开时，电流从负极回流到正极，产生反向输出电压。

最后，逆变器的输出连接到输出端的负载上，输出端可以是电机、电磁线圈等，通过改变逆变器的频率和幅值，控制输出端负载的运行状态。

同时，逆变器还可以实现能量回馈，将输出端的电能反馈到输入端，从而实现能量的循环利用。

四象限变频器的工作原理可以通过以下理论进行解释：1. 逆变器的开关管控制：逆变器中的开关管的导通和断开是由控制信号控制的。

通过改变控制信号的频率和占空比，可以改变输出电压的频率和幅度。

例如，当控制信号导通时间占总周期的50%时，输出电压的频率为输入频率的一半，幅度为输入电压的一半。

2. 反电动势：在输出电压为正向时，输出端负载产生负电动势，使得逆变器产生反向电流；在输出电压为反向时，输出端负载产生正电动势，使得逆变器产生正向电流。

通过逆变器的控制，可以实现负载端的运行状态的控制。

3. 能量回馈：当输出端负载处于发电状态时，逆变器可以将输出端产生的电能反馈到输入端，实现能量的循环利用。

这样可以提高系统的能量效率，减少能源的浪费。

四象限变频器的应用非常广泛。

它可以用于电机驱动、电压调节、频率调节等领域。

四象限变频器工作原理四象限把电机的运行速度方向用一条数轴X来表示，数轴的正方向代表正转的转速，反方向表示反转的转速；把电机的电磁转矩方向用一条数轴Y来表示，数轴的正方向代表正的电磁转矩，反方向表示负的电磁转矩；构成一个平面坐标系XOY，那么电动机正常电动状态处在第一象限（正转、电动），发电（制动）再生运行在第二象限（正转、发电）.电梯曳引电动机由于正常状态就不断正、反转，上、下行都有可能电动或发电，处于四象限运行状态，各个状态能量转换方向不同.用四象限来描述电机运行状态，和用熟悉的正、反转，电动、发电描述是一样的道理。

四象限变频器原理图单独对于电机来说，所谓四象限是指其运行机械特性曲线在数学轴上的四个象限都可运行。

第一象限正转电动状态，第二象限回馈制动状态，第三象限反转电动状态，第四象限反接制动状态。

能够具有使得电机工作在四象限的变频器才称得上四象限变频器。

在上个世纪80年代末，交流变频调速逐渐登上了工业传动调速方式的历史舞台。

变频调速在调速范围、调速精度、控制灵活、工作效率、使用方便等方面都有很大的优点，使变频调速成为最有发展前途的一种交流调速方式。

普通的变频器大都采用二极管整流桥将交流电转化成直流，然后采用IGBT逆变技术将直流转化成电压频率皆可调整的交流电控制交流电动机。

这种变频器只能工作在电动状态，所以称之为两象限变频器。

由于两象限变频器采用二极管整流桥，无法实现能量的双向流动，所以没有办法将电机回馈系统的能量送回电网。

在一些电动机要回馈能量的应用中，比如电梯，提升，离心机系统，只能在两象限变频器上增加电阻制动单元。

将电动机回馈的能量消耗掉。

另外，在一些大功率的应用中，二极管整流桥对电网产生严重的谐波污染。

IGBT功率模块可以实现能量的双向流动，如果采用IGBT做整流桥，用高速度、高运算能力的DSP产生PWM控制脉冲。

一方面可以调整输入的功率因数，消除对电网的谐波污染，让变频器真正成为“绿色产品”。

四象限运行电机：把电机的运行速度方向用一条数轴X来表示，数轴的正方向代表正转的转速，反方向表示反转的转速；把电机的电磁转矩方向用一条数轴Y来表示，数轴的正方向代表正的电磁转矩，反方向表示负的电磁转矩；构成一个平面坐标系XOY，对于电机来说，所谓四象限是指其运行机械特性曲线在数学轴上的四个象限都可运行。

第一象限正转电动状态，第二象限回馈制动状态，第三象限反转电动状态，第四象限反转制动状态。

能够具有使得电机工作在四象限的变频器才称得上四象限变频器。

简单的说，两象限普通变频器只能拖动电动机正转或者反转。

工作于一和三象限。

电动机惰走时的动能只能浪费掉。

（指电动机的制动）。

四象限变频器不仅能拖动电动机正反转，并且能把电动机惰走时的动能转换成电能回馈到电网。

使电动机工作在发电机状态。

四象限变频器：普通变频器大都采用二极管整流桥将交流电转换成直流，然后采用IGBT逆变技术将直流转化成电压频率皆可调整的交流电控制交流电动机。

这种变频器只能工作在电动状态，所以称之为两象限变频器。

由于两象限变频器采用二极管整流桥，无法实现能量的双向流动，所以没有办法将电机回馈系统的能量送回电网。

在一些电动机要回馈能量的应用中，比如电梯、提升机、离心机系统、抽油机等，只能在两象限变频器上增加电阻制动单元，将电动机回馈的能量消耗掉。

另外，二极管整流桥会对电网产生严重谐波污染。

IGBT功率模块可以实现能量的双向流动，如果采用IGBT做整流桥，用高速度、高运算能力的DSP产生SVPWM控制脉冲。

一方面可以调整输入的功率因数，消除对电网的谐波污染，让变频器真正成为“绿色产品”。

另一方面可以将电动机回馈产生的能量反送到电网，达到节能的效果。

四象限变频器传动方案：四象限变频器满足各种工业应用需求，特别适用在起重提升设备等大惯量位能负载，设备的转动惯量GD较大，属反复短时连续工作制，从高速到低速的减速降幅较大，制动时间又较短，又要强力制动效果的场合或者需要长时重载电气制动的场合。

变频器-变频器能量回馈是什么？导语：通用变频器能量回馈的实现方法是在通用变频器前级不控整流处反并联三相逆变器将再生能量馈送电网。

能量回馈装置的主电路主要由晶闸管、IGBT及IPM模块等组成的逆变桥和一些外围电路组成。

能量回馈的本质是有源逆变，通用变频器能量回馈的实现方法是在通用变频器前级不控整流处反并联三相逆变器将再生能量馈送电网。

能量回馈装置的主电路主要由晶闸管、IGBT及IPM 模块等组成的逆变桥和一些外围电路组成。

逆变桥的输出端通过三个扼流电抗器与变频器输入端子R、S、T相连，输入端则通过隔离二极管接通用变频器的直流侧正端，以保障能量在“变频器一有源逆变桥-电网”方向上的单向流动。

扼流电抗器的作用是平衡压差、限流以及滤波，对再生能量回馈电网起关键作用。

系统的工作过程是：当电机运行时，有源逆变装置不工作，逆变器开关管全被封锁，处于关断状态;当电机处于再生发电状态时，能量由电机回馈电网，这时需启动有源逆变装置工作。

能量回馈时启动有源逆变装置是利用变频器直流侧电压Ud的大小来控制，其依据是当电机处于电动状态时，变频器直流侧电压基本保持恒定，当电机处于发电制动状态时，交流电动机的再生能量给变频器中间直流环节的储能电容充电，导致直流母线电压升高，只要检测出Ud的大小，就能判断出电动机的状态，从而控制有源逆变装置，实现能量回馈。

能量由电机回馈直流侧导致直流母线电压超过电网线电压峰值时，通用变频器整流桥由于承受反压而关断;当直流母线电压继续升高并超过启动有源逆变工作电压时，逆变器开始工作，将能量从直流侧回馈电网;当直流母线电压下降到关闭逆变器工作电压时，关闭有源逆变器。

通用变频器在通过采用有源逆变方式把电动机减速制动时产生的再生能量回馈到电网后，可以克服传统通用变频器采用制动电阻方式而产生的低效并难以满足快速制动和频繁正/反转的不足，使通用变频器可在四象限运行。

1)能量回馈控制系统一个完善的能量回馈控制系统应满足相位、电压、电流等三方面的控制条件，即要求回馈过程必须与电网相位保持同步关系，只有直流母线电压超过一定值时才启动有源逆变装置;系统应该能够控制回馈电流的大小，从而可以控制电机的制动转矩，实现精密制动。

能量回馈技术与应用范例一、技术简介在电梯、矿山提升机、港口起重机、工厂离心机、油田抽油机等许多场合，都会伴随着负载势能、动能的变化。

比如，提升机、起重机等在下放重物时势能会减小，离心机设备在停机时，动能会减小。

而由能量守恒定律我们知道，能量是不会凭空消失的，那么这部分能量通过电机转换成为了再生电能。

实际上，在采用变频调速的设备里，这部分电能一般是通过能耗制动电阻再转换为热能浪费掉了。

如果能够有一种装置，将这部分再生电能利用起来，那么不是可以省下这部分电能，起到节能降耗的效果吗？能量回馈装置就是这样一种技术。

它使用的电力电子变换技术，其主要实现的作用就是将上述设备在运行过程中所产生的再生电能利用起来，并转换为所需的电能再利用，起到节电的效果。

二、能量回馈技术基本原理该技术将运动中负载上的机械能（势能、动能）通过能量回馈装置变换成电能（再生电能）并回送给交流电网，供自身或其它用电设备使用，使电机拖动系统在单位时间消耗电网电能下降，从而达到节约电能的目的。

能量回馈装置的作用就是能有效的将电动机的再生电能高效回送给交流电网，供周边用电设备使用，节电效果十分明显，一般节电率可达15%～45%。

此外，由于无电阻发热元件，机房温度下降，可以节省机房空调的耗电量，在许多场合，节约空调耗电量往往带来更优的节电效果。

但是，现行的国家电网不允许零星的再生电力回馈给公共电网，所以，现阶段的能源回馈装置产生的电能都是供给自身或周边的电器使用。

三、实践范例——电梯的能量回馈装置介绍1、技术背景随着现代化工业的高速发展，能源紧缺已成为日益突出的世界性问题。

我国近年来电能供需矛盾也日益突出，节能已成为中国经济生活势在必行的选择。

作为现代建筑最大“用电老虎”之一的电梯，已成为节能研发的首选。

据中国电梯协会提供的信息显示，截止到2008年年底，我国电梯的保有量已达到115．3万台，居世界之首。

而且，随着我国经济生活进入高速发展时期，电梯的使用量还在以年均15％—20％的速度递增。

四象限变频器技术介绍浏览9341次——初升摘要：四象限变频器一方面可以实现能量的双向流动，另一方面在大功率运行的时候，对电网的污染小。

本文简单介绍了四象限变频器的工作原理及控制方法，并从实际应用的角度，给出四象限变频器各个部分的构成及作用。

关键词：能量回馈电流谐波四象限变频器1、引言在上个世纪80年代末，交流变频调速逐渐登上了工业传动调速方式的历史舞台。

变频调速在调速范围、调速精度、控制灵活、工作效率、使用方便等方面都有很大的优点，这使变频调速成为最有发展前途的一种交流调速方式。

普通的变频器大都采用二极管整流桥将交流电转化成直流，然后采用IGBT逆变技术将直流转化成电压频率皆可调整的交流电动机。

这种变频器只能工作在电动状态，所以称之为两象限变频器。

由于两象限变频器采用二极管整流桥，无法实现能量的双向流动，所以没有办法将电机回馈系统的能量送回电网。

在一些电动机要回馈能量的应用中，比如电梯，提升，离心机系统，只能在两象限变频器上增加电阻制动单元。

将电动机回馈的能量消耗掉。

另外，在一些大功率的应用中，二极管整流桥对电网产生严重的谐波污染。

IGBT功率模块可以实现能量的双向流动，如果采用IGBT做整流桥，用高速度、高运算能力的DSP产生PWM控制脉冲。

一方面可以调整输入的功率因数，消除对电网的谐波污染，让变频器真正成为“绿色产品”。

另一方面可以将电动机回馈产生的能量反送到电网，达到彻底的节能效果。

吉纳电机自2001年开始进行四象限变频器开发和研制工作。

到目前已经形成380V、660V两个系列功率等级的成熟的产品和技术，并广泛应用于煤矿和油田领域。

2、四象限变频器的工作原理四象限变频器的电路原理图如图1所示。

2.1工作原理当电机工作在电动状态的时候，整流控制单元的DSP产生6路高频的PWM脉冲控制整流侧的6个IGBT的开通和关断。

IGBT的开通和关断与输入电抗器共同作用产生了与输入电压相位一致的正弦电流波形，这样就消除了二极管整流桥产生的6K±1谐波。

四象限变频器能量回收比例
【原创版】
目录
1.四象限变频器的概念和原理
2.四象限变频器能量回收比例的定义
3.四象限变频器能量回收比例的计算方法
4.四象限变频器能量回收比例的影响因素
5.四象限变频器能量回收比例在实际应用中的意义
正文
四象限变频器是一种能够实现能量回馈的变频器，其工作原理是在变频器的整流侧和逆变侧均使用 IGBT 模块，使得变频器在电机制动时可以将电机的动能回馈给电网，从而实现能量回收。

四象限变频器能量回收比例是指在制动过程中，四象限变频器能够回收的能量占总能量的比例。

这个比例的计算方法是通过测量制动过程中回馈给电网的能量和电机制动前的总能量，然后将二者相除得到。

四象限变频器能量回收比例的计算方法受到多个因素的影响，包括IGBT 模块的性能、制动电阻的阻值、电机的负载情况等。

在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的能量回收比例，以保证系统的稳定性和效率。

四象限变频器能量回收比例在实际应用中具有重要意义，能够有效地提高电机制动的效率，减少能源的浪费，同时对电网的冲击也较小。

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四象限变频器使用说明及注意事项
一、四象限变频器工作原理
变频器的电源是由牵引变压器提供的380/660V,50HZ电源，该电源LC滤波后经快速熔断器送给变频器，经过的变频器整流回馈部分变成直流，经电容滤波成稳定的直流电压，当主控板接收到控制中心送来的控制信号后，由微机控制的集成IGBT逆变模块输出频率可变和电压可变的交流电压,作为牵引电机的驱动电源；当采煤机在大倾
二、变频器使用注意事项
1.本变频装置在运行及维护时必须遵守安全规范，如果不加注意将造成意外人身伤害，或损坏变频装置。

在打开或维修变频装置之前，必须确认：
(1) 变频器不得电。

变频装置断电后，必须等五分钟以上，以防直流中
间回路的电容残存的能量造成伤害。

(2) 使用万用表（阻抗至少为1M欧）测量每个输入端子之间的电压，
以保证变频装置放电完毕。

2.变频装置的输出是高压高频窄脉冲组成，其峰值约为电源电压的1.35-1.4倍，这个电压有可能因电缆性能不好而加倍。

在此要求使用特制电缆。

3.本变频装置在出厂时都做耐压试验，所以，一般情况下不必作绝缘测试。

当用户觉得有必要做绝缘试验时，请按下述操作进行。

(1) 绝缘测试必须在不接主电源的情况下，否则将造成设备损坏。

(2) 检查电机电缆是否从变频器上拆开。

(3) 测量电机绝缘时，必须把变频装置上连接的电机电缆，从端子上拆
下来。

否则，有造成变频装置的IGBT输出模块的损坏。

4.变频装置在运行的过程中，不允许在1分钟内连续三次切断电源。

以避免变频装置内的充电电阻因过流而烧坏。