Доставчиците на устройства за обратна връзка за енергия за честотни преобразуватели ви напомнят, че понастоящем, в системите за контрол на скоростта с променливотоково преобразуване широко се използва просто спиране, базирано на консумация на енергия. Тези системи имат недостатъци като разхищение на електрическа енергия, силно нагряване на съпротивлението и лоша бърза спирачна ефективност. Когато асинхронните двигатели често спират, използването на спиране с обратна връзка е много ефективен метод за пестене на енергия и предотвратява щети за околната среда и оборудването по време на спиране. Задоволителни резултати са постигнати в индустрии като електрически локомотиви и добив на нефт. С непрекъснатата поява на нови силови електронни устройства, нарастващата икономическа ефективност и осведомеността на хората за пестене на енергия и намаляване на потреблението, се откриват широки перспективи за приложение.
Спирачното устройство с обратна връзка по енергия е особено подходящо за ситуации, при които мощността на двигателя е голяма, например по-голяма или равна на 100 kW, моментът на инерция на оборудването gd2 е голям и то принадлежи към система с повтаряща се краткотрайна непрекъсната работа. Намаляването на забавянето от висока до ниска скорост е голямо, времето за спиране е кратко и е необходимо силно спиране. За да се подобри енергоспестяващият ефект и да се намалят загубите на енергия по време на спирачния процес, е необходимо също така да се възстанови енергията от забавянето и да се подаде обратно към електрическата мрежа, за да се постигне енергоспестяващ ефект.
Принцип на спиране с обратна връзка
В системата за регулиране на скоростта с променлива честота, забавянето и спирането на двигателя се постигат чрез постепенно намаляване на честотата. В момента, в който честотата намалява, синхронната скорост на двигателя намалява съответно. Поради механичната инерция обаче, скоростта на ротора на двигателя остава непроменена и промяната на скоростта му има известно времезакъснение. В този момент действителната скорост ще бъде по-голяма от зададената скорост, което води до ситуация, в която обратната електродвижеща сила e на двигателя е по-висока от постояннотоковото напрежение на клемите u на честотния преобразувател, т.е. e>u. В този момент електродвигателят се превръща в генератор, който не само не изисква захранване от мрежата, но може и да изпраща електричество към мрежата. Това не само има добър спирачен ефект, но и преобразува кинетичната енергия в електрическа, която може да бъде изпратена към мрежата за рекуперация на енергия, убивайки два заека с един камък. Разбира се, за да се постигне това, е необходимо устройство за обратна връзка по енергията за автоматично управление. Освен това, веригата за обратна връзка по енергията трябва да включва също AC и DC реактори, съпротивителни капацитивни абсорбери, електронни превключватели и др.
Както е добре известно, мостовата токоизправителна верига на общите честотни преобразуватели е трифазна и неуправляема, така че е невъзможно да се постигне двупосочен пренос на енергия между постояннотокова верига и захранването. Ефективното решение на този проблем е използването на активна инверторна технология, като токоизправителната част използва обратим токоизправител, известен още като мрежов конвертор. Чрез управление на мрежовия инвертор, регенерираната електрическа енергия се инвертира в променливотоково захранване със същата честота, фаза и честота като мрежата и се подава обратно към мрежата за постигане на спиране. Преди това активните инверторни устройства използваха главно тиристорни схеми, които можеха безопасно да изпълняват обратна връзка само при стабилно мрежово напрежение, което не е склонно към повреди (колебания на мрежовото напрежение не надвишаващи 10%). Този тип схема може безопасно да изпълнява обратна връзка на инвертора само при стабилно мрежово напрежение, което не е склонно към повреди (с колебания на мрежовото напрежение не надвишаващи 10%). Защото по време на спиране при генериране на енергия, ако времето за спиране на мрежовото напрежение е по-голямо от 2 ms, може да възникне комутационна повреда и компонентите да се повредят. Освен това, по време на дълбоко управление, този метод има нисък коефициент на мощност, високо хармонично съдържание и припокриваща се комутация, което ще доведе до изкривяване на формата на вълната на напрежението на електрическата мрежа. Едновременно с това управлението е сложно и струва високо. С практическото приложение на напълно контролирани устройства, хората са разработили обратими преобразуватели с управление чрез чопър, използващи PWM управление. По този начин структурата на инвертора от страната на мрежата е напълно същата като тази на инвертора, като и двата използват PWM управление.
От горния анализ може да се види, че за да се постигне истинско спиране с обратна връзка на инвертора, ключът е да се управлява инверторът от страната на мрежата. Следващият текст се фокусира върху алгоритъма за управление на инвертора от страната на мрежата, използващ напълно контролирани устройства и метод на PWM управление.
алгоритъм за управление
Алгоритъмът за управление на инвертори от страната на мрежата обикновено използва векторен алгоритъм за управление, където vdc, v * dc и △ vdc представляват съответно измерената стойност, зададената стойност и грешката на управление на напрежението на DC шината; id、i*d、 Δ id представлява измерената стойност, зададената стойност и грешката на управление на d-оста на инвертора от страната на мрежата; iq、i*q、 Δ iq представлява измерената стойност, зададената стойност и грешката на управление на тока по q-оста на конвертора от страната на мрежата; Δ v * d, v * d и v * q съответно представляват зададената стойност на отклонението на изходното напрежение по оста d, зададената стойност на изходното напрежение по оста d и зададената стойност на изходното напрежение по оста q на инвертора от страната на мрежата; EABC, V * ABC и IABC съответно представляват моментните зададени стойности на мрежовия потенциал, изходното напрежение на мрежовия конвертор и трифазните моментни стойности на изходния ток; например φ представлява съответно амплитудата и фазата на мрежовия потенциал.
Алгоритъмът за векторно управление изчислява разликата между измереното напрежение на DC шината и дадената стойност и получава дадената стойност на тока по оста d чрез PI регулатор. След това, въз основа на измерената фаза на мрежовото напрежение, измереният изходен ток на инвертора от страната на мрежата се синхронно трансформира по координати, за да се получат измерените стойности на тока по оста d и тока по оста q. След корекция на pi, стойността по оста d се добавя към амплитудата на мрежовото напрежение, за да се получат дадените стойности на напрежението по оста d и напрежението по оста q. След синхронно обратно трансформиране по координати се получава изходът.
Предимството на този алгоритъм е високата точност на управление и добрият динамичен отговор; Недостатъкът е, че в алгоритъма за управление има много координатни трансформации и алгоритъмът е сложен, изискващ висока изчислителна мощност от управляващия процесор.
It adopts a current tracking PWM rectifier composition. This simplified algorithm directly multiplies the d-axis current setpoint with the three-phase sine reference value obtained from the measured grid voltage phase lookup table to obtain the setpoint of the three-phase output current, and then performs simple pi adjustment to obtain the setpoint of the three-phase output voltage and output it. Due to the omission of coordinate transformation calculations in this algorithm, the computational power requirements for the control processor are relatively low. On the other hand, due to the characteristics of the PI regulator itself, there is a certain steady-state error in its control of AC flow, so the power factor of this algorithm is lower than that of the standard vector control algorithm. During dynamic processes, the fluctuation of DC bus voltage is relatively large, and the probability of DC bus voltage and other faults occurring during rapid dynamic processes is relatively high.
Feedback braking characteristics
Strictly speaking, the grid side inverter cannot be simply referred to as a "rectifier" because it can function as both a rectifier and an inverter. Due to the use of self turn off devices, the magnitude and phase of the AC current can be controlled through appropriate PWM mode, making the input current approach a sine wave and ensuring that the power factor of the system always approaches 1. When the regenerative power returned from the inverter by the motor deceleration braking increases the DC voltage, the phase of the AC input current can be reversed from the phase of the power supply voltage to achieve regenerative operation, and the regenerative power can be fed back to the AC power grid, while the system can still maintain the DC voltage at the given value. In this case, the grid side inverter operates in an active inverter state. This makes it easy to achieve bidirectional power flow and has a fast dynamic response speed. At the same time, this topology structure enables the system to fully control the exchange of reactive and active power between the AC and DC sides, with an efficiency of up to 97% and significant economic benefits. The heat loss is 1% of the energy consumption braking, and it does not pollute the power grid. The power factor is about 1, which is environmentally friendly. Therefore, feedback braking can be widely used for energy-saving operation in energy feedback braking scenarios of PWM AC transmission, especially in situations where frequent braking is required. The power of the electric motor is also high, and the energy-saving effect is significant. Depending on the operating conditions, the average energy-saving effect is about 20%. The only drawback of implementing feedback control is the complex structure of the control system.
В обобщение, може да се види, че устройството със система за обратна връзка по отношение на енергията има далеч по-добри предимства пред спирането, базирано на консумацията на енергия, и спирането с постоянен ток. Чрез използването на спиране с обратна връзка за връщане на регенерирана електроенергия към мрежата, може да се постигне ефект на намаляване на потреблението на енергия и спестяване на разходи за електроенергия. Следователно, в настоящата ситуация на недостиг на електроенергия, причинен от бързото икономическо развитие в различни части на Китай, насърчаването и прилагането на спирачки с обратна връзка е от важно значение за пестене на енергия.