再生动力装置节约能源
主轴驱动器、卧槽离心机、起重机、起重机、电梯和扭矩测功机试验台可以通过使用再生动力单元节省频繁运行和停止、高惯性负载减速和检修扭矩的能量。一个应用程序可以节省54%的电力，每年节省1017美元。
当电机由变频驱动器(VFD)驱动时，当电机通过向电机轴施加负扭矩来减速时，传递给电机的电力被再生。通常VFD内部的能量存储容量非常有限，因此再生能量应该返回到电网或通过制动电阻迅速消散。否则，直流母线会过充，造成过压故障。动态制动电阻由于简单、安装成本低，已被广泛应用于将再生能量转化为热损失，如图1所示。但再生动力装置提供了一个显著的能源成本节约机会，特别是在应用需要频繁运行和停止，减速与高惯性负载，检修扭矩。这些应用包括主轴驱动器，卧螺离心机，升降机，起重机，电梯，扭矩测功机试验台。每千瓦时的电费越来越贵。因此，回顾再生装置的基础知识并了解估计的能源成本节约是值得的。在美国市场上有三种类型的再生动力装置。对基本特性和电源拓扑结构进行了说明和比较。
1.再生转换器
再生转换器是一种具有成本效益的解决方案，可以取代动态制动晶体管和电阻网络。它从VFD吸收多余的再生能量，并将其返回到交流电源。图2展示了从电机到电网的再生能量流，左边是使用再生转换器，右边是使用电源开关的详细电源电路原理图。在驱动过程中，VFD在没有主功率流中的再生转换器的情况下提供电力。因此，蓄热式变换器在驱动过程中没有传导损失。当再生能量给变频器的直流电容充电时，再生变换器被激活。蓄热式变换器将存储在直流电容器中的能量返回到电网。
蓄热式变换器的尺寸由变频器的尺寸、蓄热功率和占空比决定。采用6步脉冲控制方法使功率器件的开关损耗保持在很低的水平。对于需要高占空比制动的应用，再生变换器可以显著提高系统运行效率，降低电力成本[1-2]。
2.正弦PWM变换器
正弦脉宽调制(PWM)转换器是一种高性能的解决方案，旨在调节直流母线电压在电机和再生电源条件下。正弦PWM变换器的电网侧电流波形是正弦的，具有非常低的PWM谐波失真，大约5%的总谐波失真(THD)。它的设计符合IEEE-519标准。同时控制输入电流与输入电网电压同步，实现输入功率因数统一。它在输入电源线和VFD之间串联。交流滤波器，如LCL滤波器[电感器(L)-电容器(C)-电感器(L)]，被用作外部元件来减少交流电流谐波。
图3中的正弦PWM变换器非常适合需要非常低的电流谐波失真以满足IEEE-519谐波限制标准的应用，并且有大的检修负载或频繁停机的应用，如电梯，离心机，试验台和绕线机。这可以通过将多余的能量“再循环”回电网，从而大大降低机器的系统运行成本。该正弦PWM转换器包是高效的，没有热损失和安装位置问题与制动电阻。作为参考，单向再生转换器是一种成本较低的解决方案，具有六步波形，不提供符合IEEE-519标准的电流波形。
(详见下一页的其他解释、更多图表和链接。)
3.矩阵变换器
矩阵变换器是一种直接ac-to-ac功率变换器，具有驱动和再生能力。最近在功率半导体和CPU计算能力方面的技术进步使商业产品成为可能。矩阵变换器的基本特点是:
—一体化，交流输入通过9个双向开关直接转换为变频交流输出。因此，该变频器的功能与变频器功能相结合。该功能可以使电机在驱动和再生模式下运行，无需额外的VFD。
—无电解电容:由于主潮流中没有二极管整流器和直流电解电容，矩阵变流器的维护成本较低。一般来说，电解电容器体积大，寿命比其他部件短。
-低输入电流谐波:输入电流控制能力使得显著降低输入电流谐波成为可能。在满载工况下，输入电流谐波失真在5% ~ 10%之间。既不需要移相变压器也不需要外部线路电抗器来减少谐波电流，因为谐波电流通常体积很大。
-体积紧凑:矩阵变换器的物理尺寸小于正弦PWM变换器-逆变系统，具有与矩阵变换器相同的电机和再生功率能力。[5 - 7]
4.再生动力装置节约公用事业费用
图5展示了使用和不使用再生动力单元的45kw电梯系统的能源成本。每循环消耗的平均电机功率为8.8 kW，而再生功率为4.78 kW。如果使用动态制动单元产生制动力矩，则将11300千瓦时转化为热损失。通过安装一个再生动力装置，可以节省54%的电力，假设平均电力成本为每千瓦时9美分，每年节省的公用事业成本为1017美元。
5.再生动力装置选择
所述的所有三种再生动力装置在再生负荷条件下具有良好的能源成本节约能力。第2节中描述的再生式转换器是最佳的低成本解决方案。但如果额外的优势，如低输入电流谐波和统一功率因数也很重要，最佳解决方案可能会有所不同。该表比较了三种再生动力装置的各个方面。
表:再生动力装置比较
康俊，安川美国公司研究与应用经理由CFE Media内容经理马克·t·霍斯克编辑，控制工程而且设备工程，mhoske@cfemedia.com．
关键概念
某些应用受益于再生技术，将动能转换回电能，而不是浪费热量。为应用程序选择最佳的再生单元。
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本文是2013年4月CFE媒体增刊《工业能源管理》的一部分。参见下面链接的其他文章。
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