Los proveedores de unidades de retroalimentación de energía le recuerdan que los convertidores de frecuencia suelen presentar diversos problemas durante la depuración y el uso, siendo la sobretensión el más común. Tras una sobretensión, para evitar daños en el circuito interno, se activa la función de protección contra sobretensiones del convertidor de frecuencia, lo que provoca su parada y el mal funcionamiento del equipo.
Por lo tanto, se deben tomar medidas para eliminar la sobretensión y prevenir la aparición de fallas. Debido a las diferentes aplicaciones de los convertidores de frecuencia y los motores, las causas de la sobretensión también varían, por lo que se deben tomar las medidas correspondientes según la situación específica.
Generación de sobretensión en convertidor de frecuencia y frenado regenerativo
La llamada sobretensión de un convertidor de frecuencia se refiere a la situación en la que la tensión del convertidor de frecuencia excede la tensión nominal debido a diversas razones, lo que se manifiesta principalmente en la tensión de CC del bus de CC del convertidor de frecuencia.
Durante el funcionamiento normal, la tensión de CC del convertidor de frecuencia es el valor medio tras la rectificación trifásica de onda completa. Si se calcula con una tensión de línea de 380 V, la tensión de CC media Ud = 1,35 U línea = 513 V.
Cuando se produce una sobretensión, el condensador de almacenamiento de energía del bus de CC se carga. Cuando la tensión alcanza aproximadamente 700 V (según el modelo), se activa la protección contra sobretensiones del convertidor de frecuencia.
Hay dos razones principales para la sobretensión en los convertidores de frecuencia: sobretensión de potencia y sobretensión regenerativa.
La sobretensión de potencia se refiere a la situación en la que la tensión del bus de CC supera el valor nominal debido a una tensión de alimentación excesiva. Actualmente, la tensión de entrada de la mayoría de los convertidores de frecuencia puede alcanzar hasta 460 V, por lo que las sobretensiones causadas por la alimentación son extremadamente raras.
La cuestión principal que se discute en este artículo es la regeneración de sobretensión.
Las principales razones para generar sobretensión regenerativa son las siguientes: cuando la carga de GD2 (par del volante) desacelera, el tiempo de desaceleración establecido por el convertidor de frecuencia es demasiado corto;
El motor se somete a fuerzas externas (como ventiladores y máquinas de estiramiento) o cargas potenciales (como ascensores y grúas) al descender. Por estas razones, la velocidad real del motor es mayor que la velocidad comandada por el convertidor de frecuencia, lo que significa que la velocidad del rotor del motor excede la velocidad síncrona. En este momento, la tasa de deslizamiento del motor es negativa y la dirección del devanado del rotor que corta el campo magnético giratorio es opuesta a la del estado del motor. El par electromagnético generado por este es el par de frenado que dificulta la dirección de rotación. Por lo tanto, el motor eléctrico se encuentra en estado de generación, y la energía cinética de la carga se regenera en energía eléctrica.
La energía regenerativa se carga en el condensador de almacenamiento de energía de CC del inversor a través del diodo de rueda libre, lo que provoca un aumento de la tensión del bus de CC, lo que se denomina sobretensión regenerativa. El par generado durante la sobretensión regenerativa es opuesto al par original, que es el par de frenado. Por lo tanto, el proceso de sobretensión regenerativa también se conoce como frenado regenerativo.
En otras palabras, eliminar la energía regenerativa aumenta el par de frenado. Si la energía regenerativa es baja, el inversor y el motor tienen una capacidad de frenado regenerativo de 20, y esta parte de la energía eléctrica será consumida por ambos. Si esta energía excede la capacidad de consumo del convertidor de frecuencia y el motor, el condensador del circuito de CC se sobrecargará y se activará la protección contra sobretensión del convertidor de frecuencia, provocando la parada del sistema. Para evitar esta situación, es necesario eliminar esta energía a tiempo y, al mismo tiempo, aumentar el par de frenado, que es el propósito del frenado regenerativo.
Medidas para prevenir la sobretensión de los convertidores de frecuencia
Las medidas adoptadas varían según las causas de sobretensión. En el caso de la sobretensión generada durante el estacionamiento, si no existen requisitos especiales en cuanto al tiempo o la ubicación del estacionamiento, se puede utilizar el método de prolongar el tiempo de desaceleración del convertidor de frecuencia o el estacionamiento libre. El llamado estacionamiento libre se refiere a la desconexión del interruptor principal por parte del convertidor de frecuencia, lo que permite que el motor se deslice libremente y se detenga.
Si existen ciertos requisitos de tiempo o ubicación de estacionamiento, se puede utilizar la función de frenado de CC.
La función de frenado de CC es reducir la velocidad del motor a una frecuencia determinada y luego aplicar energía de CC al devanado del estator del motor para formar un campo magnético estático.
El devanado del rotor del motor corta este campo magnético y genera un par de frenado que convierte la energía cinética de la carga en energía eléctrica y la consume en forma de calor en el circuito del rotor del motor. Por lo tanto, este tipo de frenado también se conoce como frenado por consumo de energía. El frenado de CC incluye dos procesos: frenado regenerativo y frenado por consumo de energía. Este método de frenado tiene una eficiencia de tan solo el 30-60 % de la del frenado regenerativo, y el par de frenado es relativamente bajo. Dado que el consumo de energía en el motor puede causar sobrecalentamiento, el tiempo de frenado no debe ser demasiado largo.
Además, la frecuencia de arranque, el tiempo de frenado y la tensión de frenado del frenado de CC se configuran manualmente y no pueden ajustarse automáticamente en función del nivel de tensión regenerativa. Por lo tanto, el frenado de CC no puede utilizarse para la sobretensión generada durante el funcionamiento normal y solo puede utilizarse para frenar durante el estacionamiento.
Para la sobretensión causada por el GD2 (par de volante) excesivo de la carga durante la desaceleración (de alta a baja velocidad sin detenerse), se puede adoptar el método de prolongar el tiempo de desaceleración para solucionarlo. De hecho, este método también utiliza el principio del frenado regenerativo. Extender el tiempo de desaceleración solo controla la velocidad de carga del inversor mediante el voltaje regenerativo de la carga, para hacer un uso razonable de la capacidad de frenado regenerativo del propio inversor. En cuanto a las cargas que hacen que el motor esté en estado regenerativo debido a fuerzas externas (incluida la liberación de energía potencial), dado que operan normalmente en un estado de frenado, la energía regenerativa es demasiado alta para ser consumida por el propio convertidor de frecuencia. Por lo tanto, es imposible utilizar el frenado de CC o prolongar el tiempo de desaceleración.
En comparación con el frenado de CC, el frenado regenerativo ofrece un par de frenado mayor, y la unidad de frenado del convertidor de frecuencia puede controlar automáticamente la magnitud de este par en función del par de frenado requerido por la carga (es decir, el nivel de energía regenerativa). Por lo tanto, el frenado regenerativo es el más adecuado para proporcionar par de frenado a la carga durante el funcionamiento normal.
Método de frenado regenerativo por conversión de frecuencia:
1. Tipo de consumo de energía:
Este método consiste en conectar en paralelo una resistencia de frenado en el circuito de CC de un convertidor de frecuencia y controlar el encendido y apagado de un transistor de potencia detectando la tensión del bus de CC. Cuando la tensión del bus de CC alcanza aproximadamente 700 V, el transistor de potencia conduce, transfiriendo la energía regenerada a la resistencia y consumiéndola en forma de energía térmica, evitando así el aumento de la tensión de CC. Debido a la imposibilidad de utilizar la energía regenerada, pertenece al tipo de consumo de energía. Como tipo de consumo de energía, se diferencia del frenado de CC en que consume energía en la resistencia de frenado externa al motor, por lo que este no se sobrecalienta y puede funcionar con mayor frecuencia.
2. Tipo de absorción de bus de CC en paralelo:
Adecuado para sistemas de accionamiento con varios motores (como máquinas de estiramiento), donde cada motor requiere un convertidor de frecuencia, varios convertidores de frecuencia comparten un convertidor de red y todos los inversores están conectados en paralelo a un bus de CC común. En este sistema, uno o varios motores funcionan normalmente en estado de frenado. El motor en estado de frenado es arrastrado por otros motores para generar energía regenerativa, que luego es absorbida por el motor en estado eléctrico a través de un bus de CC paralelo. Si no se puede absorber completamente, se consume a través de una resistencia de frenado compartida. La energía regenerada se absorbe y utiliza parcialmente, pero no se devuelve a la red eléctrica.
3. Tipo de retroalimentación energética:
El inversor de retroalimentación de energía con convertidor de red es reversible. Cuando se genera energía regenerativa, el convertidor reversible la realimenta a la red, lo que permite aprovecharla al máximo. Sin embargo, este método requiere una alta estabilidad del suministro eléctrico, y en caso de un corte repentino de suministro eléctrico, se producirá inversión de la tensión y volcamiento.