Leverandører af energifeedback-enheder til frekvensomformere minder om, at simpel energiforbrugsbremsning i øjeblikket er meget udbredt i AC-frekvensomformningshastighedsstyringssystemer, hvilket har ulemper såsom spild af elektrisk energi, kraftig modstandsopvarmning og dårlig hurtig bremseevne. Når asynkronmotorer ofte bremser, er feedbackbremsning en meget effektiv energibesparende metode, der undgår skader på miljøet og udstyret under bremsning. Der er opnået tilfredsstillende resultater i industrier som elektriske lokomotiver og olieudvinding. Med den kontinuerlige fremkomst af nye effektelektroniske enheder, øget omkostningseffektivitet og folks bevidsthed om energibesparelse og forbrugsreduktion er der en bred vifte af anvendelsesmuligheder.
Energifeedback-bremseanordninger er særligt velegnede til situationer, hvor motoreffekten er stor, f.eks. større end eller lig med 100 kW, udstyrets inertimoment gd2 er stort, og det tilhører det gentagne kortvarige kontinuerlige arbejdssystem. Decelerationsreduktionen fra høj hastighed til lav hastighed er stor, bremsetiden er kort, og der kræves kraftig bremsning. For at forbedre energibesparelseseffekten og reducere energitabet under bremseprocessen er det også nødvendigt at genvinde decelerationsenergien og sende den tilbage til elnettet for at opnå energibesparende effekt.
Princip for feedbackbremsning
I det variable frekvenshastighedsreguleringssystem opnås deceleration og stop af motoren ved gradvist at reducere frekvensen. I det øjeblik, hvor frekvensen falder, falder motorens synkrone hastighed tilsvarende. På grund af mekanisk inerti forbliver motorens rotorhastighed imidlertid uændret, og dens hastighedsændring har en vis tidsforsinkelse. På dette tidspunkt vil den faktiske hastighed være større end den givne hastighed, hvilket resulterer i en situation, hvor motorens modelektromotoriske kraft e er højere end frekvensomformerens DC-terminalspænding u, dvs. e > u. På dette tidspunkt bliver elmotoren en generator, som ikke kun ikke kræver strømforsyning fra nettet, men også kan sende elektricitet til nettet. Dette har ikke kun en god bremseeffekt, men omdanner også kinetisk energi til elektrisk energi, som kan sendes til nettet for at genvinde energi, hvilket slår to fluer med ét smæk. Der skal selvfølgelig være en energifeedbackenhed til automatisk styring for at opnå dette. Derudover skal energifeedbackkredsløbet også omfatte AC- og DC-reaktorer, modstandskapacitansabsorbenter, elektroniske afbrydere osv.
Som bekendt er broensretterkredsløbet i generelle frekvensomformere trefaset, ustyrligt, så det er umuligt at opnå tovejs energioverførsel mellem DC-kredsløbet og strømforsyningen. Den effektive løsning på dette problem er at bruge aktiv inverterteknologi, og ensretterdelen anvender en reversibel ensretter, også kendt som netsidekonverter. Ved at styre netsideinverteren inverteres den regenererede elektriske energi til vekselstrøm med samme frekvens, fase og frekvens som nettet og føres tilbage til nettet for at opnå bremsning. Tidligere brugte aktive inverterenheder primært tyristorkredsløb, som kun sikkert kunne udføre feedbackdrift under stabil netspænding, der ikke er tilbøjelig til fejl (netspændingsudsving på ikke over 10%). Denne type kredsløb kan kun sikkert udføre feedbackdrift af inverteren under stabil netspænding, der ikke er tilbøjelig til fejl (med netspændingsudsving på ikke over 10%). Fordi der under strømgenereringsbremsning kan opstå kommutationsfejl, hvis netspændingsbremsetiden er større end 2 ms, og komponenterne kan blive beskadiget. Derudover har denne metode under dybdestyring en lav effektfaktor, et højt harmonisk indhold og overlappende kommutering, hvilket vil forårsage forvrængning af elnettets spændingsbølgeform. Samtidig er styringen kompleks og omkostningsfuld. Med den praktiske anvendelse af fuldt styrede enheder har man udviklet chopper-styrede reversible konvertere ved hjælp af PWM-styring. På denne måde er strukturen af net-inverteren fuldstændig den samme som inverterens, begge ved hjælp af PWM-styring.
Ud fra ovenstående analyse kan det ses, at for virkelig at opnå energifeedbackbremsning af inverteren er nøglen at styre netinverteren. Den følgende tekst fokuserer på netinverterens styrealgoritme ved hjælp af fuldt styrede enheder og PWM-styringsmetode.
kontrolalgoritme
Kontrolalgoritmen for netsidede invertere anvender normalt en vektorkontrolalgoritme, hvor vdc, v * dc og △ vdc repræsenterer henholdsvis den målte værdi, den givne værdi og kontrolfejlen for DC-busspændingen; id、i*d、 Δid repræsenterer den målte værdi, den givne værdi og kontrolfejlen for d-aksen på netsideinverteren; iq、i*q、 Δiq repræsenterer den målte værdi, den givne værdi og kontrolfejlen for q-aksens strøm på netsidekonverteren; Δv * d, v * d og v * q repræsenterer henholdsvis d-aksens udgangsspændingsafvigelsessætpunkt, d-aksens udgangsspændingssætpunkt og q-aksens udgangsspændingssætpunkt for netsideinverteren; EABC, V * ABC og IABC repræsenterer henholdsvis de øjeblikkelige givne værdier for netpotentialet, netsidekonverterens udgangsspænding og trefasede øjeblikkelige værdier for udgangsstrømmen; f.eks. φ repræsenterer henholdsvis amplituden og fasen af netpotentialet.
Vektorstyringsalgoritmen beregner forskellen mellem den målte DC-busspænding og den givne værdi og opnår den givne værdi af d-aksestrømmen via en PI-regulator. Baseret på den målte fase af netspændingen koordinattransformeres den målte udgangsstrøm fra netinverteren synkront for at opnå de målte værdier for d-aksestrømmen og q-aksestrømmen. Efter pi-justering lægges d-akseværdien til netspændingens amplitude for at opnå de givne værdier for d-aksespændingen og q-aksespændingen. Efter synkron koordinattransformation opnås outputtet.
Fordelen ved denne algoritme er høj kontrolnøjagtighed og god dynamisk respons; Ulempen er, at der er mange koordinattransformationer i kontrolalgoritmen, og algoritmen er kompleks og kræver høj beregningskraft fra kontrolprocessoren.
Den anvender en PWM-ensrettersammensætning med strømsporing. Denne forenklede algoritme multiplicerer direkte d-aksens strømindstillingspunkt med trefasets sinusreferenceværdi opnået fra den målte netspændingsfaseopslagstabel for at opnå indstillingspunktet for trefasets udgangsstrøm og udfører derefter en simpel pi-justering for at opnå indstillingspunktet for trefasets udgangsspænding og udsende det. På grund af udeladelsen af koordinattransformationsberegninger i denne algoritme er de beregningsmæssige effektkrav til styreprocessoren relativt lave. På den anden side er der på grund af selve PI-regulatorens egenskaber en vis steady-state-fejl i dens styring af AC-flow, så effektfaktoren for denne algoritme er lavere end for standardvektorstyringsalgoritmen. Under dynamiske processer er udsvingene i DC-busspændingen relativt store, og sandsynligheden for DC-busspænding og andre fejl under hurtige dynamiske processer er relativt høj.
Feedback-bremsekarakteristika
Strengt taget kan netinverteren ikke blot betegnes som en "ensretter", da den kan fungere som både ensretter og en inverter. På grund af brugen af selvslukkende enheder kan størrelsen og fasen af vekselstrømmen styres via en passende PWM-tilstand, hvilket gør indgangsstrømmen tilnærmelsesvis en sinusbølge og sikrer, at systemets effektfaktor altid nærmer sig 1. Når den regenerative effekt, der returneres fra inverteren via motorens decelerationsbremsning, øger jævnspændingen, kan fasen af vekselstrømsindgangsstrømmen vendes fra fasen af strømforsyningsspændingen for at opnå regenerativ drift, og den regenerative effekt kan føres tilbage til vekselstrømsnettet, mens systemet stadig kan opretholde jævnspændingen på den givne værdi. I dette tilfælde fungerer netinverteren i en aktiv invertertilstand. Dette gør det nemt at opnå tovejs strømstrøm og har en hurtig dynamisk responshastighed. Samtidig gør denne topologistruktur det muligt for systemet fuldt ud at kontrollere udvekslingen af reaktiv og aktiv effekt mellem vekselstrøms- og jævnstrømssiderne med en effektivitet på op til 97 % og betydelige økonomiske fordele. Varmetabet er 1% af energiforbruget ved bremsning, og det forurener ikke elnettet. Effektfaktoren er omkring 1, hvilket er miljøvenligt. Derfor kan feedbackbremsning i vid udstrækning anvendes til energibesparende drift i energifeedbackbremsescenarier ved PWM AC-transmission, især i situationer, hvor hyppig bremsning er påkrævet. Elmotorens effekt er også høj, og den energibesparende effekt er betydelig. Afhængigt af driftsforholdene er den gennemsnitlige energibesparende effekt omkring 20%. Den eneste ulempe ved at implementere feedbackstyring er styresystemets komplekse struktur.
Sammenfattende kan det ses, at energifeedback-systemet har langt bedre fordele i forhold til energiforbrugsbremsning og DC-bremsning. Ved at bruge feedbackbremsning til at tilbageføre regenereret elektricitet til nettet kan man opnå en effekt af at reducere energiforbruget og spare elomkostninger. Derfor har fremme og anvendelse af feedbackbremser stor energibesparende betydning i den nuværende situation med strømmangel forårsaget af hurtig økonomisk udvikling i forskellige dele af Kina.