一、設(shè)計(jì)共直流母線方案的原因
在同一個(gè)電力拖動(dòng)系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)傳動(dòng)有時(shí)會(huì)發(fā)生從電機(jī)端發(fā)電得到的能量反饋到傳動(dòng)的變頻器中來(lái)，這種現(xiàn)象叫“再生能量”。這種情況一般發(fā)生在電機(jī)被拖著走的時(shí)候（也就是被一個(gè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)定值的速度拖動(dòng)的時(shí)候），或者是當(dāng)傳動(dòng)電機(jī)發(fā)生制動(dòng)以提供足夠的張力的時(shí)候（如放卷系統(tǒng)中的傳動(dòng)電機(jī)）。
　　傳統(tǒng)意義上的PWM變頻器并沒(méi)有設(shè)計(jì)使再生能量反饋到三相電源的功能，因此所有變頻器從電機(jī)吸收的能量都會(huì)保存在電解電容中，最終導(dǎo)致變頻器中的母線電壓升高。如果變頻器配備制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，變頻器就可以通過(guò)短時(shí)間接通電阻，使電能以熱方式消耗掉。當(dāng)然只要充分考慮到制動(dòng)時(shí)的電流容量、負(fù)載周期和消耗到制動(dòng)電阻上的額定功率就可以來(lái)設(shè)計(jì)合適的制動(dòng)單元，并以連續(xù)的方式消耗電能，最終能夠保持母線電壓的平衡。這種制動(dòng)單元的工作方式其實(shí)就是消耗能量的一種?？梢栽O(shè)計(jì)既能保持母線電壓恒定，且能利用回饋能量的裝置，共直流母線可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。
二、目的和基本原理
如果有多個(gè)傳動(dòng)變頻器通過(guò)直流母線互連的話（連接方式見(jiàn)圖10－3），一個(gè)或多個(gè)電機(jī)產(chǎn)生的再生能量就可以被其他電機(jī)以電動(dòng)的方式消耗吸收了。節(jié)能。這是一種非常有效的工作方式，即使有多個(gè)部位的電機(jī)一直處于連續(xù)發(fā)電狀態(tài)，也不用再去考慮其他的處理再生能量的方式。在這種方式下，如果還需要一個(gè)更快剎車(chē)或緊急停止的狀態(tài)的話，那就需要再加上一個(gè)一定容量的制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻以便在非常時(shí)刻起作用。當(dāng)然變頻器配置能量回饋裝置就可以充分地將直流母線上的多余能量直接反饋到電網(wǎng)中來(lái)。
說(shuō)到共直流母線，得先了解變頻器整流逆變各個(gè)部分怎么工作：下圖左半部分交直回路為不可控整流橋，采用電壓源控制方式；中間直流環(huán)節(jié)用大容量電容構(gòu)成直流電壓源，當(dāng)然直流母線兩側(cè)配置制動(dòng)單元；右半部分為驅(qū)動(dòng)控制逆變裝置。
三、共直流母線存在的問(wèn)題及難點(diǎn)
在實(shí)際的生產(chǎn)活動(dòng)中，多臺(tái)變頻器聯(lián)機(jī)實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)裝配線，有的電機(jī)是處于電動(dòng)狀態(tài)，需要消耗變頻器經(jīng)整流橋提供的直流電源；有的電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，比如放卷系統(tǒng)中的傳動(dòng)電機(jī)，電梯下落減速過(guò)程等，那么回饋能量經(jīng)逆變器回到母線上。那么把多臺(tái)變頻器直流母線并聯(lián)，回饋到母線上的能量會(huì)用到處在電動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)上，實(shí)現(xiàn)能量的充分利用。這個(gè)過(guò)程原理簡(jiǎn)單，但是實(shí)現(xiàn)起來(lái)會(huì)遇到許多實(shí)際的問(wèn)題和難點(diǎn)。
由下圖A、B、C變頻器舉例：
三臺(tái)變頻器共直流母線，且變頻器功率大小不一樣。設(shè)Wa=75kW、Wb=30kW、Wc=1.5kW，此時(shí)A處于電動(dòng)狀態(tài)，B、C處于發(fā)電狀態(tài)，此時(shí)B、C整流橋不用提供直流母線電源，且有回饋能量到A，A整流橋只需要提供部分電動(dòng)能量不用75kW的電動(dòng)能量。這樣系統(tǒng)可以完好的運(yùn)行下去，沒(méi)什么影響。但是當(dāng)B由于生產(chǎn)需要突然由發(fā)電狀態(tài)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，此時(shí)不能保證B電源由B整流橋提供，B母線可能會(huì)從A、C母線得到電源，設(shè)若都從A得到電源，此時(shí)B處于電動(dòng)狀態(tài)了，不提供A回饋能量了，A母線不僅得不到B提供的發(fā)電能量，還要提供B的電動(dòng)能量，那么A的整流橋可能會(huì)超負(fù)荷運(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，甚至炸機(jī)。設(shè)若此時(shí)A、B能量都從C變頻器那里得到，這也是有可能的，那C機(jī)整流橋不可能承受的起這么大的負(fù)荷，炸機(jī)是肯定的。如果僅僅是C機(jī)和A機(jī)共直流母線，那么由A機(jī)整流橋可以提供A、C電動(dòng)所需消耗的能量，因?yàn)镃機(jī)的額定功率遠(yuǎn)低于A機(jī)。
所以這里存在變頻器整流橋承受多大功耗的問(wèn)題，但是一臺(tái)變頻器太大的整流橋安裝生產(chǎn)有難度。

圖 1

四、解決系統(tǒng)方案：
直流母線，多臺(tái)共直流母線變頻器由一個(gè)大功率整流橋提供直流母線電源，整流橋功率等級(jí)為所有電動(dòng)電機(jī)功率之和，這樣就不存在整流橋超負(fù)荷運(yùn)行炸機(jī)現(xiàn)象。存在缺點(diǎn)是整流橋功率太大生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)有點(diǎn)困難。
R、S、T三相電輸入端加均衡電抗器共直流母線，那么多臺(tái)電機(jī)處在電動(dòng)狀態(tài)的時(shí)候，不會(huì)由一臺(tái)變頻器提供直流母線能量，原因在于加在R、S、T三相電源輸入口的均衡電抗器電阻有大小，通過(guò)的電流也有大小，各變頻器實(shí)現(xiàn)各自供給直流母線能量，且在某些電機(jī)處在發(fā)電狀態(tài)時(shí)，充分利用回饋能量。難點(diǎn)是均衡電抗器配置成本。
變頻器直流母線端配置能量回饋裝置，就可以充分地將直流母線上的多余能量直接反饋到電網(wǎng)中來(lái)。