Leverandører af energifeedbackenheder minder dig om, at frekvensomformere ofte støder på forskellige problemer under fejlfinding og brug, hvoraf overspænding er det mest almindelige. Når der opstår overspænding, aktiveres frekvensomformerens overspændingsbeskyttelsesfunktion for at forhindre skade på det interne kredsløb, hvilket får frekvensomformeren til at stoppe med at køre, hvilket resulterer i, at udstyret ikke fungerer korrekt.
Derfor skal der træffes foranstaltninger for at eliminere overspænding og forhindre forekomst af fejl. På grund af de forskellige anvendelsesscenarier for frekvensomformere og motorer er årsagerne til overspænding også forskellige, så der bør træffes tilsvarende foranstaltninger i henhold til den specifikke situation.
Generering af overspænding i frekvensomformer og regenerativ bremsning
Den såkaldte overspænding i en frekvensomformer refererer til den situation, hvor frekvensomformerens spænding overstiger den nominelle spænding af forskellige årsager, hvilket primært manifesterer sig i DC-spændingen på frekvensomformerens DC-bus.
Under normal drift er frekvensomformerens DC-spænding gennemsnitsværdien efter trefaset fuldbølgeensretning. Hvis den beregnes ud fra en 380 V netspænding, er den gennemsnitlige DC-spænding Ud = 1,35 U, linje = 513 V.
Når der opstår overspænding, oplades energilagringskondensatoren på DC-bussen. Når spændingen stiger til omkring 700 V (afhængigt af modellen), aktiveres frekvensomformerens overspændingsbeskyttelse.
Der er to hovedårsager til overspænding i frekvensomformere: effektoverspænding og regenerativ overspænding.
Overspænding på strømforsyningen refererer til den situation, hvor DC-busspændingen overstiger den nominelle værdi på grund af for høj forsyningsspænding. I dag kan indgangsspændingen for de fleste frekvensomformere nå op til 460 V, så overspænding forårsaget af strømforsyningen er ekstremt sjælden.
Hovedproblemet, der diskuteres i denne artikel, er regenerering af overspænding.
Hovedårsagerne til generering af regenerativ overspænding er følgende: Når belastningen på GD2 (svinghjulsmoment) decelererer, er den decelerationstid, der er indstillet af frekvensomformeren, for kort;
Motoren udsættes for eksterne kræfter (såsom ventilatorer og strækmaskiner) eller potentielle belastninger (såsom elevatorer og kraner), når den sænkes. På grund af disse årsager er motorens faktiske hastighed højere end frekvensomformerens kommandohastighed, hvilket betyder, at motorens rotorhastighed overstiger den synkrone hastighed. På dette tidspunkt er motorens sliphastighed negativ, og rotorviklingens retning, der skærer det roterende magnetfelt, er modsat motorens tilstand. Det elektromagnetiske drejningsmoment, der genereres af den, er bremsemomentet, der hindrer rotationsretningen. Således er elmotoren faktisk i en genererende tilstand, og belastningens kinetiske energi "regenereres" til elektrisk energi.
Den regenerative energi oplades til inverterens DC-energilagringskondensator via inverterens friløbsdiode, hvilket får DC-busspændingen til at stige, hvilket kaldes regenerativ overspænding. Det drejningsmoment, der genereres under processen med at regenerere overspændingen, er modsat det oprindelige drejningsmoment, som er bremsemomentet. Derfor er processen med at regenerere overspændingen også processen med regenerativ bremsning.
Med andre ord øger eliminering af regenerativ energi bremsemomentet. Hvis den regenerative energi ikke er stor, har inverteren og motoren selv en regenerativ bremsekapacitet på 20, og denne del af den elektriske energi vil blive forbrugt af inverteren og motoren. Hvis denne energi overstiger frekvensomformerens og motorens forbrugskapacitet, vil kondensatoren i DC-kredsløbet blive overopladet, og frekvensomformerens overspændingsbeskyttelsesfunktion vil blive aktiveret, hvilket får driften til at stoppe. For at undgå denne situation er det nødvendigt at bortskaffe denne energi rettidigt, samtidig med at bremsemomentet øges, hvilket er formålet med regenerativ bremsning.
Foranstaltninger til at forhindre overspænding i frekvensomformere
På grund af forskellige årsager til overspænding er de trufne foranstaltninger også forskellige. For overspændingsfænomenet, der genereres under parkering, kan metoden med at forlænge frekvensomformerens decelerationstid eller fri parkering anvendes til at løse det, hvis der ikke er særlige krav til parkeringstid eller -placering. Den såkaldte fri parkering refererer til, at frekvensomformeren afbryder hovedafbryderen, hvilket giver motoren mulighed for at glide frit og stoppe.
Hvis der er visse krav til parkeringstid eller parkeringssted, kan DC-bremsefunktionen anvendes.
DC-bremsens funktion er at bremse motoren til en bestemt frekvens og derefter tilføre jævnstrøm til motorens statorvikling for at danne et statisk magnetfelt.
Motorens rotorvikling afbryder dette magnetfelt og genererer et bremsemoment, som omdanner belastningens kinetiske energi til elektrisk energi og forbruger den i form af varme i motorens rotorkredsløb. Derfor er denne type bremsning også kendt som energiforbrugende bremsning. DC-bremsningsprocessen omfatter faktisk to processer: regenerativ bremsning og energiforbrugende bremsning. Denne bremsemetode har en effektivitet på kun 30-60% af regenerativ bremsning, og bremsemomentet er relativt lille. Da energiforbrug i motoren kan forårsage overophedning, bør bremsetiden ikke være for lang.
Derudover indstilles startfrekvensen, bremsetiden og bremsespændingen for DC-bremsning manuelt og kan ikke justeres automatisk baseret på niveauet af regenerativ spænding. Derfor kan DC-bremsning ikke bruges til overspænding genereret under normal drift og kan kun bruges til bremsning under parkering.
For overspænding forårsaget af for høj GD2 (svinghjulsmoment) på belastningen under deceleration (fra høj hastighed til lav hastighed uden stop), kan metoden med at forlænge decelerationstiden anvendes til at løse problemet. Faktisk anvender denne metode også princippet om regenerativ bremsning. Forlængelse af decelerationstiden styrer kun omformerens opladningshastighed via belastningens regenerative spænding for at gøre en rimelig udnyttelse af omformerens regenerative bremsekapacitet. Hvad angår belastninger, der forårsager, at motoren er i en regenerativ tilstand på grund af eksterne kræfter (herunder potentiel energifrigivelse), er den regenerative energi for høj til at blive forbrugt af frekvensomformeren selv, da de normalt fungerer i en bremsetilstand. Derfor er det umuligt at bruge DC-bremsning eller forlænge decelerationstiden.
Sammenlignet med DC-bremsning har regenerativ bremsning et højere bremsemoment, og størrelsen af bremsemomentet kan styres automatisk af frekvensomformerens bremseenhed i henhold til belastningens nødvendige bremsemoment (dvs. niveauet af regenerativ energi). Derfor er regenerativ bremsning mest egnet til at levere bremsemoment til belastningen under normal drift.
Metode til regenerativ bremsning med frekvensomdannelse:
1. Energiforbrugende type:
Denne metode involverer parallelkobling af en bremsemodstand i DC-kredsløbet i en frekvensomformer og styring af tænd/sluk af en effekttransistor ved at detektere DC-busspændingen. Når DC-busspændingen stiger til omkring 700 V, leder effekttransistoren, sender den regenererede energi ind i modstanden og forbruger den i form af termisk energi, hvorved stigningen i DC-spændingen forhindres. På grund af manglende evne til at udnytte regenereret energi tilhører den energiforbrugende type. Som en energiforbrugende type er forskellen fra DC-bremsning, at den forbruger energi på bremsemodstanden uden for motoren, så motoren ikke overopheder og kan arbejde oftere.
2. Parallel DC-busabsorptionstype:
Velegnet til flermotordrevne systemer (såsom strækmaskiner), hvor hver motor kræver en frekvensomformer, flere frekvensomformere deler en netsidet omformer, og alle omformere er parallelforbundet til en fælles DC-bus. I dette system er der ofte en eller flere motorer, der arbejder normalt i bremsetilstand. Motoren i bremsetilstand trækkes af andre motorer for at generere regenerativ energi, som derefter absorberes af motoren i elektrisk tilstand via en parallel DC-bus. Hvis den ikke kan absorberes fuldt ud, forbruges den via en fælles bremsemodstand. Den regenererede energi absorberes delvist og udnyttes her, men føres ikke tilbage til elnettet.
3. Energifeedbacktype:
Netsidekonverteren med energifeedback er reversibel. Når der genereres regenerativ energi, sender den reversible konverter den regenerative energi tilbage til nettet, så den regenerative energi kan udnyttes fuldt ud. Men denne metode kræver høj stabilitet i strømforsyningen, og ved pludselig strømafbrydelse vil der forekomme inversion og væltning.