Lieferanten von Frequenzumrichter-Komponenten weisen darauf hin, dass bei Drehzahlregelungssystemen mit Frequenzumrichtern bei potenziellen Energielasten (z. B. Ölfeldpumpen, Förderanlagen im Bergbau) oder großen Massenträgheitslasten (z. B. Ventilatoren, Zementrohre, dynamische Auswuchtmaschinen) sowie bei Lasten mit hohem Bremsdruck (z. B. in Stahlwerken, großen Portalhobelmaschinen, Werkzeugmaschinenspindeln) zwangsläufig eine Eigenstromerzeugung stattfindet. Dabei wird der Motorrotor durch äußere Kräfte mitgezogen oder das Massenträgheitsmoment der Last beibehalten, wodurch die tatsächliche Motordrehzahl die vom Frequenzumrichter vorgegebene Synchrondrehzahl übersteigt. Die vom Motor erzeugte elektrische Energie wird im Zwischenkreiskondensator des Frequenzumrichters gespeichert. Wird diese Energie nicht verbraucht, steigt die Zwischenkreisspannung schnell an und beeinträchtigt den ordnungsgemäßen Betrieb des Frequenzumrichters.
Die Energierückkopplungseinheit des Frequenzumrichters erkennt automatisch die Zwischenkreisspannung des Umrichters und wandelt diese in eine Wechselspannung um, die die gleiche Frequenz und Phase wie die Netzspannung aufweist. Nach mehreren Rauschfilterstufen ist die Energierückkopplungseinheit mit dem Wechselstromnetz verbunden und speist so Energie ins Netz zurück. Laut Angaben der Energierückkopplungseinheit werden über 97 % der erzeugten Energie ins Netz eingespeist, wodurch effektiv Strom eingespart wird.
Prinzip und Eigenschaften einer Hochleistungs-Energierückkopplungseinheit
1. Der Wechselrichter arbeitet im AC-DC-AC-Direkthochspannungsmodus (High-High-Modus), wobei das Hauptschaltelement ein IGBT ist. Der Hivert YVF-Hochspannungswechselrichter nutzt eine Reihenschaltung der Leistungseinheiten und ein gestapeltes Wellenverstärkungsverfahren.
2. Die Leistungseinheit nutzt IGBTs zur synchronen Gleichrichtung. Der Gleichrichtungsregler erfasst die Netzeingangsspannung der Einheit in Echtzeit. Mithilfe der Phasenregelschleife (PLC) wird die Phase der Netzeingangsspannung aus dem Energierückkopplungsmodul des Frequenzumrichters ermittelt. Durch die Steuerung der Phasendifferenz zwischen dem Gleichrichter-Wechselrichterschalter und der Netzspannung lässt sich der elektrische Leistungsfluss zwischen Netz und Leistungseinheit regeln. Bei Phasenumkehr speist die Leistungseinheit elektrische Energie ins Netz ein, umgekehrt wird elektrische Energie aus dem Netz in die Leistungseinheit eingespeist. Die elektrische Leistung ist direkt proportional zur Phasendifferenz. Größe und Richtung der elektrischen Leistung werden durch die Spannung der Leistungseinheit bestimmt. Im Hinblick auf die synchrone Gleichrichtung entspricht die Gleichrichtungsseite einer Energierückkopplungseinheit eines stabilisierten Frequenzumrichters. Die Phasendifferenz zwischen Stromnetz und Wechselrichter, die Größe und Richtung der elektrischen Leistung entspricht, wird durch die Abweichung zwischen der Spannung der Leistungseinheit und dem Sollwert mittels PID-Regelung erzeugt.
Die Überprüfung der Energierückkopplung an älteren Chemieanlagen dient nicht nur der Verifizierung der neu entwickelten Hochleistungs-Energierückkopplungseinheit, sondern ermöglicht auch Alterungstests der Produkte dieser Einheit unter verschiedenen Lastbedingungen. Die Versuchseinheit kann an die RL-Last der alternden Anlage angeschlossen werden, um Lastbetriebsexperimente durchzuführen und so die Produktleistung zu stabilisieren und zu vervollständigen.