Доставчиците на оборудване за поддържане на честотни преобразуватели ви напомнят, че в традиционните системи за честотен контрол, съставени от общи честотни преобразуватели, асинхронни двигатели и механични товари, когато потенциалното натоварване, предавано от двигателя, се понижи, двигателят може да е в състояние на регенеративно спиране; или когато двигателят забави от висока скорост до ниска скорост (включително паркиране), честотата може внезапно да намалее, но поради механичната инерция на двигателя, той може да е в състояние на регенеративно генериране на енергия. Механичната енергия, съхранена в преносната система, се преобразува в електрическа енергия от двигателя и се изпраща обратно към DC веригата на инвертора през шестте диода за свободен ход на инвертора. В този момент инверторът е в изправено състояние. В този момент, ако не се вземат мерки за консумация на енергия в честотния преобразувател, тази енергия ще доведе до повишаване на напрежението на кондензатора за съхранение на енергия в междинната верига. Ако спирането е твърде бързо или механичното натоварване е повдигащо, тази част от енергията може да причини повреда на честотния преобразувател, така че трябва да вземем предвид тази част от енергията.
В честотните преобразуватели като цяло има два най-често използвани метода за обработка на регенерирана енергия:
(1) Разсейването в „спирачния резистор“, изкуствено свързан паралелно с кондензатора в постояннотокова верига, се нарича състояние на динамично спиране;
(2) Ако се подава обратно към електрическата мрежа, това се нарича състояние на спиране с обратна връзка (известно също като състояние на регенеративно спиране). Съществува и друг метод на спиране, а именно DC спиране, който може да се използва в ситуации, когато е необходимо точно паркиране или когато спирачният двигател се върти неравномерно поради външни фактори преди стартиране.
Много експерти са обсъждали проектирането и приложението на спиране с променлива честота в книги и публикации, особено напоследък има много статии на тема „спиране с обратна връзка за енергия“. Днес авторът представя нов тип метод на спиране, който има предимствата на четириквадрантната работа с „спиране с обратна връзка“ и висока експлоатационна ефективност, както и предимствата на „спиране с консумация на енергия“ за беззамърсяване на електропреносната мрежа и висока надеждност.
Консумация на енергия при спиране
Методът за използване на спирачния резистор, включен в постояннотоковата верига, за абсорбиране на регенеративната електрическа енергия на двигателя, се нарича спиране с консумация на енергия.
Предимството му е проста конструкция; Няма замърсяване на електрическата мрежа (в сравнение с управлението с обратна връзка), ниска цена; Недостатъкът е ниската експлоатационна ефективност, особено при често спиране, което ще консумира голямо количество енергия и ще увеличи капацитета на спирачния резистор.
Обикновено, при честотните преобразуватели с ниска мощност (под 22 kW) са оборудвани с вграден спирачен модул, който изисква само външен спирачен резистор. Честотните преобразуватели с висока мощност (над 22 kW) изискват външни спирачни модули и спирачни резистори.
Обратна връзка при спиране
За да се постигне спиране с обратна връзка за енергия, са необходими условия като контрол на напрежението със същата честота и фаза, контрол на тока с обратна връзка и др. Използва се активна инверторна технология за инвертиране на регенерираната електрическа енергия в променлив ток със същата честота и фаза като електрическата мрежа и връщането ѝ в мрежата, като по този начин се постига спиране.
Предимството на спирането с обратна връзка е, че може да работи в четири квадранта, а обратната връзка с електрическа енергия подобрява ефективността на системата. Недостатъците му са:
(1) Този метод на спиране с обратна връзка може да се използва само при стабилно мрежово напрежение, което не е склонно към повреди (с колебания в мрежовото напрежение, които не надвишават 10%). Тъй като по време на спиране за генериране на електроенергия, ако времето за повреда на напрежението в електрическата мрежа е по-голямо от 2 ms, може да възникне комутационна повреда и компонентите да се повредят.
(2) По време на обратна връзка има хармонично замърсяване на електрическата мрежа.
(3) Контролът е сложен и цената е висока.
Нов метод на спиране (кондензаторно спиране с обратна връзка)
Принцип на главната верига
Коригиращата част използва общ неуправляем токоизправителен мост за корекция, филтриращата верига използва универсален електролитен кондензатор, а веригата за закъснение използва контактор или тиристор. Веригата за зареждане и обратна връзка се състои от силов модул IGBT, реактор за зареждане и обратна връзка L и голям електролитен кондензатор C (с капацитет от около няколко десети от метъра, който може да се определи в зависимост от операционната система на честотния преобразувател). Инверторната част е съставена от силов модул IGBT. Защитната верига е съставена от IGBT и силов резистор.
1) Състояние на работата на електродвигателя за генериране на енергия
Процесорът следи входното променливотоково напрежение и напрежението на постояннотокова верига (μd) в реално време и определя дали да изпрати сигнал за зареждане към VT1. След като μd е по-високо от съответната стойност на постояннотоковото напрежение (например 380VAC - 530VDC) на входното променливо напрежение, процесорът изключва VT3 и зарежда електролитния кондензатор C чрез импулсна проводимост на VT1. В този момент реакторът L и електролитният кондензатор C се разделят, за да се гарантира, че електролитният кондензатор C работи в безопасен диапазон. Когато напрежението на електролитния кондензатор C достигне опасна стойност (например 370V), докато системата все още е в състояние на генериране на енергия, и електрическата енергия непрекъснато се връща към постояннотокова верига през инвертора, защитната верига играе роля в постигането на енергийно-консумационно спиране (съпротивително спиране), контролирайки изключването и включването на VT3 и по този начин реализирайки консумацията на излишна енергия от резистора R. Обикновено тази ситуация не се случва.
(2) Състояние на работата на електродвигателя
Когато процесорът засече, че системата вече не се зарежда, той импулсно провежда VT3, създавайки мигновено ляво положително и дясно отрицателно напрежение върху реактор L. В комбинация с напрежението на електролитния кондензатор C, може да се постигне процес на обратна връзка по енергия от кондензатора към DC веригата. CPU контролира честотата на превключване и работния цикъл на VT3, като открива напрежението на електролитния кондензатор C и напрежението в DC веригата, като по този начин контролира тока на обратна връзка и гарантира, че напрежението νd в DC веригата не става твърде високо.
Системни проблеми
(1) Избор на реактори
(a) Вземаме предвид спецификата на работните условия и приемаме, че в системата е възникнала определена повреда, която води до свободно ускорение и спадане на потенциалния енергиен товар, носен от двигателя. В този момент двигателят е в режим на генериране на енергия.
Регенерираната енергия се връща обратно към DC веригата през шест диода със свободен ход, което води до увеличаване на ∆d и бързо привеждане на инвертора в състояние на зареждане. В този момент токът ще бъде много висок. Така че избраният диаметър на реакторния проводник трябва да е достатъчно голям, за да пропуска тока в този момент.
(б) В обратната връзка, за да се освободи възможно най-много електрическа енергия преди следващото зареждане на електролитния кондензатор, изборът на обикновено желязно ядро (силициева стоманена ламарина) не може да постигне целта. Най-добре е да се избере желязно ядро, изработено от феритен материал. Разглеждайки стойността на тока, разгледана по-горе, може да се види колко голямо е това желязно ядро. Не е известно дали на пазара има толкова голямо феритно желязно ядро. Дори и да има такова, цената му определено няма да е много ниска.
Така авторът предлага да се използва по един реактор за всяка верига за зареждане и обратна връзка.
(2) Трудности при контрола
(a)、 В постояннотоковата верига на честотния преобразувател напрежението ν d обикновено е по-високо от 500 VDC, докато издържащото напрежение на електролитния кондензатор C е само 400 VDC, което показва, че управлението на този процес на зареждане не е като метода за управление на енергийното спиране (съпротивително спиране). Моментният спад на напрежението, генериран върху реактора, е , а моментното напрежение на зареждане на електролитния кондензатор C е ν c = ν d - ν L. За да се гарантира, че електролитният кондензатор работи в безопасен диапазон (≤ 400 V), е необходимо ефективно да се контролира спадът на напрежение ν L върху реактора, който от своя страна зависи от моментната скорост на промяна на индуктивността и тока.
(б) По време на процеса на обратна връзка е необходимо също така да се предотврати изпускането на електрическа енергия от електролитен кондензатор C, което може да причини прекомерно напрежение в DC веригата през реактора, което да доведе до защита от пренапрежение в системата.
Основни сценарии на приложение
Именно поради превъзходството на този нов метод на спиране (кондензаторно спиране с обратна връзка) на честотните преобразуватели, много потребители напоследък предлагат да оборудват тази система въз основа на характеристиките на своето оборудване. С разширяването на областта на приложение на честотните преобразуватели, тази приложна технология ще има големи перспективи за развитие. По-конкретно, тя се използва главно в индустрии като минни подемници (за превоз на хора или товарене на материали), наклонени минни вагони (еднотръбни или двутръбни) и повдигателни машини. Във всеки случай, устройствата за обратна връзка по енергия могат да се използват в ситуации, които ги изискват.