Sagedusmuunduri tugiseadmete tarnijad tuletavad meelde, et traditsioonilistes sagedusjuhtimissüsteemides, mis koosnevad üldistest sagedusmuunduritest, asünkroonmootoritest ja mehaanilistest koormustest, võib mootor mootori edastatava potentsiaalse koormuse langetamisel olla regeneratiivpidurduse olekus; või kui mootor aeglustub suurelt kiiruselt väikesele kiirusele (sh parkimisel), võib sagedus järsult langeda, kuid mootori mehaanilise inertsi tõttu võib see olla regeneratiivenergia tootmise olekus. Ülekandesüsteemis salvestatud mehaaniline energia muundatakse mootori poolt elektrienergiaks ja saadetakse inverteri kuue vabakäigudioodi kaudu tagasi inverteri alalisvooluahelasse. Sel ajal on inverter alaldatud olekus. Kui sel hetkel ei võeta meetmeid sagedusmuunduri energia tarbimiseks, põhjustab see energia vaheahela energiasalvestuskondensaatori pinge tõusu. Kui pidurdamine on liiga kiire või mehaaniline koormus on tõstetud, võib see energia osa sagedusmuundurit kahjustada, seega peaksime seda energia osa arvesse võtma.
Üldiselt on sagedusmuundurites regenereeritud energia töötlemiseks kaks kõige sagedamini kasutatavat meetodit:
(1) Dünaamiliseks pidurdusseisundiks nimetatakse hajumist alalisvooluahelas kondensaatoriga paralleelselt seatud "pidurdustakistisse".
(2) Kui see suunatakse tagasi elektrivõrku, nimetatakse seda tagasisidepidurduseks (tuntud ka kui regeneratiivpidurduseks). On olemas veel üks pidurdusmeetod, nimelt alalisvoolupidurdus, mida saab kasutada olukordades, kus on vaja täpset parkimist või kui pidurimootor pöörleb enne käivitamist väliste tegurite tõttu ebaühtlaselt.
Paljud eksperdid on raamatutes ja väljaannetes arutanud muutuva sagedusega ajami pidurduse projekteerimist ja rakendamist, eriti viimasel ajal on ilmunud palju artikleid "energia tagasiside pidurdamise" kohta. Täna esitleb autor uut tüüpi pidurdusmeetodit, millel on nelja kvadrandi töö eelised "tagasiside pidurdamise" ja kõrge tööefektiivsusega, samuti "energia tarbimisega pidurdamise" eelised saastevaba elektrivõrgu ja kõrge töökindluse osas.
Energiatarve pidurdamisel
Alalisvooluahelas oleva pidurdustakisti kasutamist mootori regeneratiivse elektrienergia neelamiseks nimetatakse energiatarbega pidurdamiseks.
Selle eeliseks on lihtne konstruktsioon; elektrivõrgu saastamise puudumine (võrreldes tagasiside juhtimisega), madal hind; puuduseks on madal tööefektiivsus, eriti sagedase pidurdamise ajal, mis tarbib palju energiat ja suurendab pidurdustakisti mahtuvust.
Üldiselt on väikese võimsusega sagedusmuunduritel (alla 22 kW) sisseehitatud piduriseade, mis vajab ainult välist piduritakistit. Suure võimsusega sagedusmuunduritel (üle 22 kW) on vaja väliseid piduriseadmeid ja piduritakisteid.
Tagasiside pidurdamine
Energia tagasiside pidurdamise saavutamiseks on vaja selliseid tingimusi nagu pinge reguleerimine samal sagedusel ja faasil, tagasiside voolu reguleerimine jne. See kasutab aktiivse inverteri tehnoloogiat, et muuta regenereeritud elektrienergia sama sageduse ja faasiga vahelduvvooluks kui elektrivõrk ning suunata see võrku tagasi, saavutades seeläbi pidurdamise.
Tagasisidepidurduse eeliseks on see, et see saab töötada neljas kvadrandis ja elektrienergia tagasiside parandab süsteemi efektiivsust. Selle puudused on järgmised:
(1) Seda tagasisidega pidurdusmeetodit saab kasutada ainult stabiilse ja riketevaba võrgupinge korral (võrgupinge kõikumine ei ületa 10%). Sest kui elektritootmise pidurdamise ajal on elektrivõrgu pinge rikkeaeg pikem kui 2 ms, võib tekkida kommutatsioonitõrge ja komponendid võivad kahjustuda.
(2) Tagasiside ajal tekib elektrivõrgus harmooniline reostus.
(3) Juhtimine on keeruline ja kulukas.
Uus pidurdusmeetod (kondensaatori tagasisidega pidurdamine)
Peamise vooluringi põhimõte
Alaldiosa kasutab alaldamiseks tavalist mittejuhitavat alaldisilda, filtreerimisahel universaalset elektrolüütkondensaatorit ja viivitusahel kas kontaktorit või türistorit. Laadimis- ja tagasisideahel koosneb võimsusmoodulist IGBT, laadimis- ja tagasisidereaktorist L ning suurest elektrolüütkondensaatorist C (mahutavusega umbes mõni kümnendik meetrit, mida saab määrata vastavalt sagedusmuunduri operatsioonisüsteemile). Inverteri osa koosneb võimsusmoodulist IGBT. Kaitseahel koosneb IGBT-st ja võimsustakistist.
1) Elektrimootori energiatootmise tööolek
Protsessor jälgib reaalajas sisendvahelduvpinget ja alalisvooluahela pinget (μd) ning otsustab, kas saata laadimissignaal VT1-le. Kui μd on kõrgem kui sisendvahelduvpinge vastav alalisvoolupinge väärtus (näiteks 380 VAC - 530 VDC), lülitab protsessor VT3 välja ja laeb elektrolüütkondensaatorit C VT1 impulssjuhtivuse kaudu. Sel ajal jagatakse reaktor L ja elektrolüütkondensaator C, et tagada elektrolüütkondensaatori C töötamine ohutus vahemikus. Kui elektrolüütkondensaatori C pinge läheneb ohtlikule väärtusele (näiteks 370 V), samal ajal kui süsteem on veel energia tootmise olekus, ja elektrienergiat suunatakse pidevalt inverteri kaudu tagasi alalisvooluahelasse, mängib ohutusahel rolli energiatarbimise pidurdamise (takistuspidurduse) saavutamisel, VT3 välja- ja sisselülitamise juhtimisel ning seega takisti R liigse energia tarbimise realiseerimisel. Üldiselt seda olukorda ei esine.
(2) Elektrimootori tööolek
Kui protsessor tuvastab, et süsteem enam ei lae, juhib see impulssvoolu VT3-sse, tekitades reaktoril L hetkelise vasakpoolse positiivse ja parempoolse negatiivse pinge. Koos elektrolüütkondensaatori C pingega on võimalik saavutada kondensaatori ja alalisvooluahela vaheline energia tagasisideprotsess. Protsessor juhib VT3 lülitussagedust ja töötsüklit, tuvastades elektrolüütkondensaatori C pinge ja alalisvooluahela pinge, juhtides seeläbi tagasisidevoolu ja tagades, et alalisvooluahela pinge ν d ei muutuks liiga kõrgeks.
Süsteemi raskused
(1) Reaktorite valik
(a) Arvestame töötingimuste eripäraga ja eeldame, et süsteemis tekib teatud rike, mis põhjustab mootori potentsiaalse energiakoormuse vaba kiirenemise ja langemise. Sel ajal on mootor energia tootmise olekus,
Taastatud energia suunatakse kuue vabalt liikuva dioodi kaudu tagasi alalisvooluahelasse, põhjustades ∆ d suurenemise ja viies inverteri kiiresti laadimisolekusse. Sel ajal on vool väga suur. Seega peaks valitud reaktori juhtme läbimõõt olema piisavalt suur, et voolu sel ajal läbi lasta.
(b) Tagasisideahelas ei ole tavalise raudsüdamiku (räniterasest leht) valimine elektrolüütkondensaatori järgmise laadimise eel võimalikult suure elektrienergia vabastamiseks piisav. Parim on valida ferriidmaterjalist raudsüdamik. Vaadates ülaltoodud voolutugevust, on näha, kui suur see raudsüdamik on. Pole teada, kas turul on nii suurt ferriidsüdamikku. Isegi kui see on olemas, ei ole selle hind kindlasti väga madal.
Seega soovitab autor iga laadimis- ja tagasisideahela jaoks kasutada ühte reaktorit.
(2) Raskused kontrolli all hoidmisel
(a) Sagedusmuunduri alalisvooluahelas on pinge ν d üldiselt üle 500 V alalisvoolu, samas kui elektrolüütkondensaatori C taluvuspinge on vaid 400 V alalisvoolu, mis näitab, et selle laadimisprotsessi juhtimine ei sarnane energiapidurduse (takistuspidurduse) juhtimismeetodiga. Reaktoril tekkiv hetkeline pingelang on ja elektrolüütkondensaatori C hetkeline laadimispinge on ν c = ν d - ν L. Selleks, et tagada elektrolüütkondensaatori töötamine ohutus vahemikus (≤ 400 V), on vaja tõhusalt juhtida reaktori pingelangu ν L, mis omakorda sõltub induktiivsuse ja voolu hetkelisest muutumiskiirusest.
(b) Tagasisideprotsessi ajal on vaja vältida ka elektrolüütkondensaatori C elektrienergia tühjenemist, mis põhjustaks reaktoris liigset alalisvooluahela pinget, mille tulemuseks oleks süsteemis ülepingekaitse.
Peamised rakendusstsenaariumid
Just selle uue sagedusmuundurite pidurdusmeetodi (kondensaatori tagasisidega pidurdamise) paremuse tõttu on paljud kasutajad hiljuti teinud ettepaneku varustada see süsteem oma seadmete omaduste põhjal. Sagedusmuundurite rakendusala laienemisega on sellel rakendustehnoloogial suured arenguväljavaated. Täpsemalt kasutatakse seda peamiselt sellistes tööstusharudes nagu kaevandustõstukid (inimeste vedamiseks või materjalide laadimiseks), kaldvagunid (ühe- või kahetorulised) ja tõsteseadmed. Igal juhul saab energia tagasiside seadmeid kasutada olukordades, mis neid vajavad.