适用于电机变速驱动的能量再生电路分析

近正弦，谐波含量少，电压变化率小，并获得更大的输出容量。对于大功率电机驱动设备，能量再生利用显得尤为重要，可以显著实现节能效果，提高经济效益。

　　多电平变换器具体电路拓扑可分为5 类：二极管箝位型、双向开关互联型、飞跨电容型、两电平变流器组合型、单相H 桥级联型等［9］。多单元两电平变流器组合型拓扑已被证明是高压变频器的有效选择，可以提高交流输入侧和电机侧的电能质量，但是输入侧通常采用二极管整流，缺乏再生运行模式，输入侧功率因数不可控，每个单元注入直流侧的电流谐波较大，导致直流侧必须使用较大容量的电解电容，如果以有源前端整流器代替基于二极管的输入整流器，则可以解决这些缺陷［10］。文献［11］对适用于多电平拓扑的再生单元进行了分析，提出了一种新的再生单元，可以实现能量的双向流动，通过再生单元的组合，可以构造适于能量再生的组合型多电平拓扑。

　　二极管箝位型多电平拓扑结构简单，控制灵活，近年来在大功率变频调速、无功补偿、大功率稳压电源等方面均有较多的应用，但是随着电平数的增多，箝位器件的数目也会增多，导致系统的实现比较困难，因此在大功率场合，以三电平、五电平应用居多。图6 是二极管箝位型三电平双PWM变换器在变速驱动系统中的应用，功能和两电平双PWM变换器相似，功率器件和电容增加了一倍，并额外增加了箝位二极管，可以方便地实现电动机的再生制动，文献［12］比较了几种应用于多电平变速驱动器的再生电路，包括前端整流和能量再生采用双晶闸管桥的拓扑，认为从能量再生的角度考虑，图6的拓扑是较好的选择。

　　5 结语

　　再生制动功能对变速驱动器有着非常重要的意义，可以有效提高系统的效率，实现节能目的。本文通过对变速驱动器各种再生电路的分析和讨论，为实际应用的选择提供参考。基于能量存储设备和共用直流母线的再生电路，适用于一些特定的应用场合。基于电力电子变换器的再生电路，目前的使用非常多，其中使用晶闸管的再生电路，成本较低，容易实现大功率等级，但是由于晶闸管是半控型器件，必须考虑其换相的问题，需要采取措施保证其可靠换相，同时会向电网注入一定的谐波电流；基于全控型器件的再生电路，尽管成本相对较高，但是性能优良，既能方便地实现能量的双向流动，又能显著提高电网侧的电能质量，因此具有较好的应用前景。对于应用于多电平拓扑的再生电路，三电平双PWM变换器也是一种优选的方案。

　　作者简介：

　　胡书举（1978-），男，博士研究生，研究方向为电力电子

　　与电力传动、风力发电控制技术。

　　李建林（1976-），男，博士，助理研究员，研究方向为电

　　力电子技术、变速恒频风力发电技术。

　　许洪华（1967-），男，中科院电工所可再生能源研究部

　　主任，研究员，博士生导师，研究方向为风力发电、太阳光

　　伏发电以及电力电子技术。