Los proveedores de dispositivos de retroalimentación de energía para convertidores de frecuencia recuerdan que, en los sistemas tradicionales de control de frecuencia, compuestos por convertidores de frecuencia, motores asíncronos y cargas mecánicas, al reducirse la carga potencial transmitida por el motor, este puede entrar en estado de frenado regenerativo; o bien, al desacelerar de alta a baja velocidad (incluido el estacionamiento), la frecuencia puede disminuir repentinamente, pero debido a la inercia mecánica del motor, puede entrar en estado de generación de energía regenerativa. Existen dos métodos para gestionar la energía regenerativa del convertidor de frecuencia: el método de descarga de energía resistiva y el método de retroalimentación inversa. Este método es una estructura de "PWM dual" compuesta por elementos de conmutación totalmente controlados, pero su elevado coste limita su uso generalizado. A continuación, se presenta un nuevo método de retroalimentación para la regeneración de energía en un convertidor de frecuencia.
Principio de funcionamiento de la retroalimentación energética
La retroalimentación de energía regenerativa consiste en realimentar a la red eléctrica la energía eléctrica acumulada en ambos extremos del condensador de filtrado, generada por el motor en estado de frenado regenerativo. Como circuito de retroalimentación, se deben cumplir dos condiciones:
(1) Cuando el convertidor de frecuencia funciona con normalidad, el dispositivo de retroalimentación no funciona. Este solo funciona cuando la tensión del bus de CC supera un valor determinado. Cuando la tensión del bus de CC vuelve a la normalidad, el dispositivo de retroalimentación debe desactivarse de inmediato; de lo contrario, aumentará la carga del circuito rectificador.
(2) La corriente de retroalimentación del inversor debe ser controlable.
Sección del inversor
Los tiristores V1-V6 forman un circuito inversor de puente trifásico. Los tiristores ofrecen las ventajas de bajo costo, control simple, operación confiable y tecnología avanzada. Sin embargo, son componentes semicontrolados, y el circuito inversor compuesto por tiristores debe garantizar que el ángulo mínimo del inversor sea mayor a 30°; de lo contrario, es fácil causar fallas en el inversor, lo que hace que la tensión normal del bus de CC sea mayor que la tensión del inversor. El circuito inversor compuesto por tiristores puede iniciar el inversor emitiendo un pulso de disparo, pero no puede detenerlo cancelándolo. Si el pulso de disparo se cancela durante la inversión, se producirán graves consecuencias por fallas en la inversión. Por lo tanto, es necesario utilizar el método de cortar el circuito de CC para detener el inversor.
La función del VT es doble: una es controlar el arranque o la parada del circuito inversor. Cuando el VT está activado, se aplica tensión de CC al puente inversor para arrancarlo; cuando el VT está desactivado, se corta el circuito de CC y el inversor se detiene (en este caso, el pulso de disparo es opcional). La tensión normal del bus de CC es de aproximadamente 600 V CC (considerando una fluctuación de ±10 % en la tensión de red). El arranque y la parada del inversor dependen de la magnitud de la tensión del bus de CC y adopta el control de histéresis. Cuando la tensión del bus de CC es superior a 1,2 × 600 V, el inversor se arranca, y cuando es inferior a 1,1 × 600 V, se apaga. Otra función del VT es controlar la magnitud de la corriente del inversor.
Control de la corriente del inversor
Al invertir la polaridad, la tensión del bus de CC y la del inversor se conectan en paralelo con la misma polaridad, siendo la tensión del bus mayor que la del inversor. La inductancia L se utiliza para equilibrar la diferencia de tensión. El control del VT puede adoptar el método de control de histéresis de corriente PWM, que se utiliza en este caso.
Cuando iL < I A L-IL, el VT conduce. La tensión de corriente continua se aplica al inductor L y al puente inversor, formando una corriente en la ruta ①, y la corriente iL comienza a aumentar. Cuando iL supera I3 L+IL, el VT se desactiva y el inductor continúa fluyendo a través del diodo D. La corriente iL comienza a disminuir. Cuando iL cae a I3 L-IL, el VT vuelve a conducir e iL comienza a aumentar de nuevo. Mediante los cambios de encendido/apagado del VT, la corriente del inversor iL se mantiene en un valor establecido I3, e independientemente de cómo cambie el valor pico de la tensión del inversor, gracias al uso del control de conmutación de alta frecuencia, la inductancia L puede mantenerse muy baja.
En resumen, la conducción del VT debe cumplir dos condiciones simultáneamente: (1) el voltaje de CC Uc es mayor que el límite superior de voltaje establecido; (2) cuando la corriente del inversor iL es menor que el límite inferior de corriente establecido.
El apagado del VT debe cumplir una de las dos condiciones siguientes: (1) el voltaje de CC Uc es menor que el límite inferior de voltaje establecido; (2) cuando la corriente del inversor iL excede el límite superior establecido.
Para evitar la conmutación frecuente de VT, se utiliza control de histéresis para el voltaje Uc y la corriente iL, y el ancho del bucle es la diferencia entre los límites superior e inferior establecidos.
Cálculo de la inductancia
Para simplificar el cálculo e ignorar la variación instantánea de la tensión del inversor Vd Β, que se considera una cantidad constante, se puede obtener la siguiente ecuación: L diL dt=Uc Ud Β Resolviendo la ecuación se obtiene t1=2ILL Uc Ud Β, donde IL - ancho de histéresis de corriente;
Uc - voltaje CC; Ud Β - valor medio de la tensión del inversor.
En el intervalo t2, VT se apaga y el voltaje continúa fluyendo a través de D.
Existe la siguiente ecuación: L diL dt = - Ud Β Solución: t2 = 2ILL Ud Β Periodo de corte: T = t1 + t2 = 2ILLUc Ud Β (Uc Ud Β) Frecuencia de corte: f = Ud Β (Uc Ud Β) Inductancia: L = Ud Β (Uc Ud Β) 2ILUCf. La ecuación anterior indica que cuando f es muy alta, L es muy baja. Esto difiere de los circuitos inversores de tiristores típicos. La fórmula anterior puede utilizarse como base para seleccionar la inductancia.
Cálculo de la corriente de descarga del condensador
Solo cuando el VT conduce, puede haber una corriente de descarga que fluye fuera del condensador. Por lo tanto, el valor promedio de la corriente de descarga es: Ic = t1 TI 3 L. Sustituyendo la fórmula anterior en la fórmula del ciclo de corte, el resultado es: Ic = Ud Β Uc I 3 L