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 de propósito general, motores asíncronos y cargas mecánicas, al reducirse la carga potencial transmitida por el motor, este puede entrar en estado de frenado regenerativo. Por otro lado, 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. La energía mecánica almacenada en el sistema de transmisión es convertida en energía eléctrica por el motor y enviada de vuelta al circuito de CC del inversor a través de sus seis diodos de rueda libre. En este momento, el inversor se encuentra en estado rectificado. En este punto, si no se toman medidas para consumir energía en el convertidor de frecuencia, esta energía provocará un aumento de la tensión del condensador de almacenamiento de energía en el circuito intermedio. Si el frenado es demasiado rápido o la carga mecánica es un elevador, esta energía puede dañar el convertidor de frecuencia, por lo que se debe considerar cómo utilizarla.
En los convertidores de frecuencia generales, existen dos métodos comunes para gestionar la energía regenerativa: (1) disiparla en una resistencia de frenado conectada artificialmente en paralelo con un condensador en el circuito de CC, lo que se denomina estado de frenado de potencia; (2) si se devuelve a la red eléctrica, se denomina estado de frenado por retroalimentación (también conocido como estado de frenado regenerativo). Existe otro método de frenado, el frenado de CC, que puede utilizarse cuando se requiere un frenado preciso o cuando el motor del freno gira de forma irregular debido a factores externos antes del arranque.
Con el desarrollo de la tecnología de conversión de frecuencia, el diseño y la aplicación del frenado con convertidor de frecuencia, especialmente el nuevo método de frenado de "frenado por retroalimentación de energía", tienen las ventajas del "frenado por retroalimentación" y una alta eficiencia operativa, así como las ventajas del "frenado por consumo de energía", que no contamina la red eléctrica y tiene una alta confiabilidad.
Consumo de energía al frenar
El método de utilizar el conjunto de resistencias de frenado en el circuito de CC para absorber la energía eléctrica regenerativa del motor se denomina frenado por consumo de energía, que tiene la ventaja de una construcción simple; No contamina la red eléctrica (en comparación con el control de retroalimentación), bajo costo; La desventaja es la baja eficiencia operativa, especialmente durante el frenado frecuente, que consumirá una gran cantidad de energía y aumentará la capacidad de la resistencia de frenado.
Generalmente, los convertidores de frecuencia de baja potencia (menos de 22 kW) incorporan una unidad de frenado, que solo requiere una resistencia de frenado externa. Los convertidores de frecuencia de alta potencia (más de 22 kW) requieren unidades de frenado externas y resistencias de frenado.
Frenado por retroalimentación
Para lograr el frenado por retroalimentación de energía, se requieren condiciones como el control de voltaje a la misma frecuencia y fase, control de corriente de retroalimentación, etc. Adopta tecnología de inversor activo para invertir la energía eléctrica regenerada en energía CA de la misma frecuencia y fase que la red eléctrica y devolverla a la red, logrando así el frenado. La ventaja del frenado por retroalimentación es que la retroalimentación de energía eléctrica mejora la eficiencia del sistema. Su desventaja es que: (1) este método de frenado por retroalimentación solo se puede usar bajo voltaje de red estable que no sea propenso a fallas (fluctuación de voltaje de red que no exceda el 10%). Porque durante la operación de frenado de generación de energía, si el tiempo de falla de voltaje de la red eléctrica es mayor a 2 ms, puede ocurrir un fallo de conmutación y los componentes pueden dañarse. (2) Durante la retroalimentación, hay contaminación armónica en la red eléctrica. (3) El control es complejo y el costo es alto.
Nuevo método de frenado (frenado por retroalimentación de condensador)
La tecnología de retroalimentación de energía utiliza IGBT como puente rectificador, y el módulo funcional IGBT permite un flujo de energía bidireccional, a la vez que utiliza chips DSP de alta velocidad para generar pulsos de control PWM. Por un lado, puede revertir la energía eléctrica almacenada en el condensador a la red eléctrica; por otro lado, también permite ajustar el factor de potencia de entrada para eliminar la contaminación armónica de la red eléctrica.
Durante el consumo de energía, el DSP de la unidad de control de rectificación genera seis pulsos PWM de alta frecuencia para controlar la conducción y el corte de los seis IGBT en el lado de rectificación. La conducción y el corte de los IGBT funcionan en conjunto con las reactancias para generar una forma de onda de corriente sinusoidal consistente con la fase de la tensión de entrada, eliminando así los armónicos generados por el puente rectificador y la contaminación armónica de la red eléctrica.
En el estado de generación de energía, la energía se realimenta al bus de CC a través del diodo del lado del inversor y, a medida que se acumula, la tensión en el bus de CC también aumenta. Cuando supera un valor determinado, se activa la realimentación de energía del lado del rectificador, convirtiendo la CC en CA. Tras ajustar la fase y la amplitud, se retransmite a la red eléctrica de CA para lograr un ahorro energético.