一、節(jié)能原理

隨著工業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大和人們生活水平不斷提高，電能供需矛盾日益突出，節(jié)約電量的呼聲日益高漲。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，電動機(jī)拖動負(fù)載的消耗電能占總耗電量的70％以上。因此，電動機(jī)及其所拖動負(fù)載的節(jié)能具有特別重要的社會意義和經(jīng)濟(jì)效益。

電動機(jī)及其負(fù)載節(jié)約電能的途徑主要有兩大類：一是提高電動機(jī)或負(fù)載的運(yùn)行效率，如風(fēng)機(jī)，水泵調(diào)速是以提高負(fù)載運(yùn)行效率為目標(biāo)的節(jié)能措施，再如電梯驅(qū)動用變頻器調(diào)速取代傳統(tǒng)的交流異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速是以提高電動機(jī)運(yùn)行效率為目標(biāo)的節(jié)能措施。二是將電機(jī)已轉(zhuǎn)換到負(fù)載上的機(jī)械能反變換成電能回饋再生利用，使電動機(jī)和負(fù)載在單位時(shí)間內(nèi)消耗的電網(wǎng)電能下降，從而達(dá)到節(jié)電的目的。有源能量回饋器即屬于第二類節(jié)約電能的典型裝置。

眾所周知，電動機(jī)拖動負(fù)載旋轉(zhuǎn)運(yùn)動即具備了機(jī)械動能，如果電動機(jī)拽引上，下運(yùn)動的負(fù)載（如電梯，吊車,水庫閘門等）又具備了位能。當(dāng)電動機(jī)拖動負(fù)載減速運(yùn)動時(shí)，其機(jī)械動能將釋放出來，當(dāng)位能性負(fù)載下降運(yùn)動時(shí)（位能減少），其機(jī)械位能也將釋放出來，如果能有效地將這兩部分機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能并回饋再生利用，就可達(dá)到節(jié)約電能地目的。

下面以電梯運(yùn)行為例具體介紹第二類節(jié)能裝置地節(jié)能原理。

采用變頻調(diào)速的電梯啟動達(dá)到最高運(yùn)行速度后具有最大的機(jī)械動能，電梯到達(dá)目標(biāo)層前要逐步減速直到電梯停止運(yùn)動為止，這一過程是電梯負(fù)載釋放機(jī)械動能的時(shí)段。變頻調(diào)速器通過電動機(jī)可以將這一時(shí)段的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能存儲在變頻器直流環(huán)節(jié)的大電容中，此時(shí)大電容好比一座儲量有限的小水庫，由機(jī)械動能轉(zhuǎn)變的電能好比儲存在小水庫重的水量。如不及時(shí)排放小水庫中注入的水量，則水庫會發(fā)生溢出事故。同理，如不及時(shí)泄放大電容中的電量，也會發(fā)生過壓保護(hù)事故。目前變頻器泄放大電容中電量的方法是,采用制動單元和外加大功率電阻，將大電容中電量消耗到外加大功率電阻上白白浪費(fèi)掉。有源能量回饋器則可以將大電容中儲存的電量無消耗地回收再利用。從而既達(dá)到節(jié)電目的，又無耗電發(fā)熱大功率電阻。大大改善了系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境。

電梯還是一個(gè)位能性負(fù)載，為了均勻拖動負(fù)荷，電梯負(fù)載由載客轎廂和對重平衡塊組成。只有當(dāng)轎廂載重量約為50％（如1噸載客電梯乘客為7人左右）時(shí)，轎廂和對重平衡塊才處于雙方質(zhì)量基本平衡狀態(tài)，否則，轎廂和對重平衡塊就會有質(zhì)量差，使電梯運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生機(jī)械位能。電梯質(zhì)量重的部件上行時(shí)，由電動機(jī)吸收電網(wǎng)電能轉(zhuǎn)換的機(jī)械位能增加。電梯質(zhì)量重的部件下行時(shí)，機(jī)械位能減少，這減少的機(jī)械位能釋放出來通過電動機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)樽冾l器直流環(huán)節(jié)大電容重儲存的電能，有源能量回饋器再將這部分電能回饋再生利用。

分析計(jì)算和樣機(jī)實(shí)測表明，電梯的梯速越快，樓層越高，機(jī)械傳動消耗越小，則可以回饋的能量越多，最多回饋電量可達(dá)電梯總消耗量的46％，即節(jié)電率達(dá)46％之高。

以上分析表明，在電梯，吊車等快速上下運(yùn)動的裝備中，采用有源能量回饋器具有明顯的節(jié)能效果。此外，在電力機(jī)車，龍門刨床等頻繁起制動運(yùn)行的裝備中，也有較明顯的節(jié)能效果。

二、有源能量回饋器工作原理

有源能量回饋器的主電路由IGBT、智能模塊IPM、隔離二極管D1、D2、濾波電感、電容等元件組成。IPM模塊是主電路中的核心元件，它將直流電能逆變?yōu)榕c交流電網(wǎng)同步的三相電流回送電網(wǎng)。其完善的保護(hù)（過壓、欠壓、過流、過熱等）功能，保證了有源能量回饋器的安全可*運(yùn)行。二極管D1、D2可防止有源能量回饋器反送電能給變頻器，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。電感L1---L3、電容C1---C3構(gòu)成高次諧波濾波器，阻止IPM模塊高頻開關(guān)產(chǎn)生的高次諧波電流進(jìn)入電網(wǎng)，提高有源能量回饋器的電磁兼容（EMC）性能。

控制電路由單片微機(jī)、可編程邏輯芯片、外圍信號采樣器構(gòu)成。配以冗余度高的軟件設(shè)計(jì)，使控制電路能自動識別三相交流電網(wǎng)的相序、相位、電壓、電流瞬時(shí)值，有序的控制IPM工作在PWM狀態(tài)，保證直流電能及時(shí)的回饋再生利用。

為了便于人工觀察有源能量回饋器的工作狀態(tài)，控制電路配有錯(cuò)相、過流、能量回饋等狀態(tài)指示燈。外來強(qiáng)干擾造成誤故障動作可以通過單片微機(jī)自動識別自動清除，也可以通過人工按清除故障鍵清除，增強(qiáng)了系統(tǒng)工作的可*性。

三、有源能量回饋器的特點(diǎn)

1：適用范圍寬?？膳c220V、380V、480V電壓等級的變頻器配合使用，功率等級從15KW――40KW均可適用。
2：節(jié)能效果明顯，無發(fā)熱電阻，在電梯中使用可節(jié)電21％――46％。
3：安裝方便，即裝即用。有源能量回饋器與外部連接僅5根線，3根線與交流輸入端相連，2根線與變頻器直流端子相連接即可，安裝完畢無需調(diào)試即可使用。
4：工作可*，諧波含量較少。
5：有完善的保護(hù)功能。
6：預(yù)留有工作狀態(tài)口與變頻器相連，確保系統(tǒng)的可*工作。