V energetickém a elektrotechnickém průmyslu se frekvenční měniče používají hlavně k úsporám energie a zlepšení výrobních procesů. Jako zařízení pro úsporu energie a regulaci otáček motorů se široce používají v metalurgii, energetice, zásobování vodou, ropném, chemickém, uhelném a dalších oborech. Podstatou jednotky energetické zpětné vazby frekvenčního měniče je aktivní inverze. Metoda implementace jednotky energetické zpětné vazby obecného frekvenčního měniče spočívá v dodávání regenerované energie do sítě pomocí antiparalelních třífázových střídačů v neřízeném usměrňovači předního stupně obecného frekvenčního měniče. Hlavní obvod jednotky energetické zpětné vazby se skládá převážně z invertorového můstku sestávajícího z tyristorů, IGBT, IPM modulů a některých periferních obvodů.
Výstupní konec můstku střídače je připojen ke vstupním svorkám R, S a T frekvenčního měniče přes tři tlumivky a vstupní konec je připojen ke kladnému pólu stejnosměrné strany univerzálního frekvenčního měniče přes izolační diodu, aby byl zajištěn jednosměrný tok energie ve směru „sítě aktivního můstku střídače frekvenčního měniče“. Funkcí tlumivky je vyrovnávat rozdíl napětí, omezovat proud a filtrovat, což hraje klíčovou roli ve zpětné vazbě regenerativní energie do elektrické sítě.
Pracovní proces systému je následující: když motor běží, aktivní střídač nefunguje a všechny spínací elektronky střídače jsou zablokované a ve vypnutém stavu; když je motor v rekuperačním stavu, energie je dodávána zpět do sítě motorem a pro provoz je nutné spustit aktivní střídač.
Aktivace aktivního invertoru během energetické zpětné vazby je řízena velikostí napětí Ud na straně stejnosměrného proudu frekvenčního měniče. Základem je, že když je motor v elektrickém stavu, napětí na straně stejnosměrného proudu frekvenčního měniče zůstává v podstatě konstantní. Když je motor v brzdném stavu, regenerativní energie střídavého motoru nabíjí kondenzátor energie ve středním stejnosměrném spoji frekvenčního měniče, což způsobuje zvýšení napětí na sběrnici stejnosměrného proudu. Dokud je detekována velikost Ud, lze určit stav motoru a řídit aktivní invertor tak, aby se dosáhlo energetické zpětné vazby.
Když motor vrací energii zpět na stranu stejnosměrného proudu, což způsobí, že napětí stejnosměrné sběrnice překročí špičkové napětí elektrické sítě, usměrňovací můstek univerzálního frekvenčního měniče se v důsledku zpětného napětí vypne; když napětí stejnosměrné sběrnice nadále stoupá a překročí počáteční aktivní pracovní napětí střídače, střídač se spustí a dodává energii zpět do sítě ze strany stejnosměrného proudu; když napětí stejnosměrné sběrnice klesne na provozní napětí střídače, aktivní střídač se vypne.
Použitím aktivního střídače pro zpětnou vazbu regenerativní energie generované během zpomalování a brzdění motoru do elektrické sítě může univerzální frekvenční měnič překonat nízkou účinnost a obtíže se splněním požadavků na rychlé brzdění a časté otáčení vpřed/vzad způsobené tradičním používáním brzdných odporů, což umožňuje univerzálnímu frekvenčnímu měniči pracovat ve čtyřech kvadrantech.
1) Systém řízení energetické zpětné vazby
Kompletní systém řízení zpětné vazby energie by měl splňovat podmínky řízení fáze, napětí, proudu atd., což vyžaduje, aby proces zpětné vazby byl synchronizován s fází sítě a aby aktivní střídač byl spuštěn pouze tehdy, když napětí stejnosměrné sběrnice překročí určitou hodnotu; systém by měl být schopen řídit velikost zpětnovazebního proudu, a tím řídit brzdný moment motoru a dosahovat přesného brzdění.
2) Dva typy jednotek zpětné vazby energie univerzálního frekvenčního měniče
Dříve se hlavní obvod jednotek energetické zpětné vazby skládal převážně z tyristorů a IGBT. V posledních letech některé nové typy jednotek energetické zpětné vazby využívají také inteligentní moduly, jako je IPM, ke zjednodušení struktury systému jednotek energetické zpětné vazby.
(1) Tyristorová jednotka zpětné vazby energie:
Hlavní obvod energetické zpětné vazby se skládá z tyristorových zařízení, což je také jedna z prvních jednotek energetické zpětné vazby. Používá se nejen ve frekvenčních měničích, ale také při brzdění některých stejnosměrných reverzibilních systémů regulace otáček.
① Provozní stav univerzálního frekvenčního měniče v dopředném směru: Když je motor v elektrickém stavu, usměrňovač frekvenčního měniče pracuje, zatímco tyristor v jednotce zpětné vazby není aktivován a je ve vypnutém stavu, a usměrňovač pracuje v dopředném směru. Řiditelná část měniče je aktivována, neřiditelná zpětná usměrňovací část je ve vypnutém stavu a měnič pracuje v dopředném směru.
② Reverzní provozní stav univerzálního frekvenčního měniče: Když je motor v generátorovém stavu, usměrňovač frekvenčního měniče je v odpojeném stavu a tyristorové součástky v jednotce energetické zpětné vazby jsou aktivovány. Řiditelná část měniče je stále aktivována, neřiditelná reverzní usměrňovací část je v provozním stavu a měnič pracuje v reverzním směru.
(2) Jednotka zpětné vazby energie IGBT:
Hlavní obvod energetické zpětné vazby se skládá z IGBT součástek, které se nejčastěji používají v obecných frekvenčních měničích. Volnoběžná dioda integrovaná s IGBT součástkami nemůže být použita jako usměrňovač kvůli omezením izolační diody připojené ke straně stejnosměrného proudu. Její cena by měla být vyšší než cena tyristorové jednotky energetické zpětné vazby.
① Provozní stav univerzálního frekvenčního měniče v dopředném směru: Když je motor v elektrickém stavu, usměrňovač frekvenčního měniče pracuje, zatímco IGBT tranzistor v jednotce energetické zpětné vazby není aktivován a je ve vypnutém stavu, a usměrňovač pracuje v dopředném směru. IGBT tranzistory v měniči jsou aktivovány a neřízená část zpětného usměrnění je ve vypnutém stavu, zatímco měnič pracuje v dopředném směru.
② Reverzní provozní stav univerzálního frekvenčního měniče: Když je motor v generátorovém stavu, usměrňovač frekvenčního měniče je v odpojeném stavu a IGBT součástka v jednotce energetické zpětné vazby je aktivována. IGBT součástky v měniči jsou stále aktivovány a neřízená část reverzního usměrnění je v provozu, což způsobuje, že měnič pracuje v reverzním směru.