A frekvenciaváltós fékegység szállítója emlékeztet arra, hogy az ipari termelésben az energiamegtakarítási hatás javítása és a fékezési folyamat során fellépő energiaveszteség csökkentése érdekében a lassítási energiát is vissza kell nyerni, és vissza kell vezetni az elektromos hálózatba az energiamegtakarítási hatás elérése érdekében. Jelenleg, amikor Kína különböző régióiban a gyors gazdasági fejlődés miatt energiahiány tapasztalható, a visszacsatoló fékek előmozdítása és alkalmazása fontos energiamegtakarítási jelentőséggel bír. Ezért a hazai kapcsolódó termékek kutatásának és gyártásának felgyorsítása jelentős gyakorlati jelentőséggel bír.
Jelenleg az egyszerű energiafogyasztás-csökkentő fékezést széles körben alkalmazzák a váltakozó áramú, változtatható frekvenciájú sebességszabályozó rendszerekben, amelyeknek olyan hátrányai vannak, mint az elektromos energia pazarlása, a súlyos ellenállás-melegedés és a gyenge gyors fékezési teljesítmény. Amikor az aszinkron motorok gyakran fékeznek, a visszacsatolásos fékezés használata nagyon hatékony energiatakarékos módszer, és elkerülhető a környezet és a berendezések károsodása fékezés közben. Kielégítő eredményeket értek el olyan iparágakban, mint a villanymozdonyok és az olajkitermelés. Az új teljesítményelektronikai eszközök folyamatos megjelenésével, a költséghatékonyság növekedésével és az emberek energiamegtakarítással és fogyasztáscsökkentéssel kapcsolatos tudatosságával széles körű alkalmazási lehetőségek állnak rendelkezésre.
Az energia-visszacsatolásos fékberendezés különösen alkalmas olyan helyzetekben, ahol a motor teljesítménye nagy, például 100 kW vagy annál nagyobb, a berendezés tehetetlenségi nyomatéka (gd2) nagy, és ismétlődő, rövid ideig tartó folyamatos működésű rendszerhez tartozik. A lassulás nagy sebességről alacsony sebességre történő csökkentése nagy, a fékezési idő rövid, és erős fékezésre van szükség. Az energiatakarékos hatás javítása és a fékezési folyamat során fellépő energiaveszteség csökkentése érdekében a lassítási energiát vissza kell nyerni, és vissza kell vezetni az elektromos hálózatba az energiatakarékos hatás elérése érdekében.
Visszacsatolásos fékezés elve
A változtatható frekvenciájú sebességszabályozó rendszerben a motor lassítása és leállítása a frekvencia fokozatos csökkentésével történik. Abban a pillanatban, amikor a frekvencia csökken, a motor szinkronsebessége is ennek megfelelően csökken. A mechanikai tehetetlenség miatt azonban a motor forgórészének sebessége változatlan marad, és a sebességváltozásának van egy bizonyos időbeli késése. Ekkor a tényleges sebesség nagyobb lesz, mint az adott sebesség, ami azt eredményezi, hogy a motor ellentétes elektromotoros ereje (e) nagyobb, mint a frekvenciaváltó egyenáramú kapocsfeszültsége (u), azaz (e>u). Ekkor a villanymotor generátorrá válik, amely nemcsak hogy nem igényel hálózati áramellátást, hanem áramot is tud küldeni a hálózatba. Ez nemcsak jó fékezőhatással rendelkezik, hanem a mozgási energiát elektromos energiává alakítja, amelyet a hálózatba lehet küldeni energia visszanyerésére, így két legyet ütünk egy csapásra. Természetesen ehhez szükség van egy energia-visszacsatoló eszközegységre az automatikus vezérléshez, amint az az 1. ábrán látható vázlatos ábrán látható. Ezenkívül az energia-visszacsatoló áramkörnek tartalmaznia kell AC és DC reaktorokat, ellenállás-kapacitás-elnyelőket, elektronikus kapcsolókat stb. is.
A frekvenciaváltós visszacsatolásos fékezés elve és jellemzői
1. ábra A frekvenciaváltó visszacsatolásos fékező áramkörének vázlatos rajza
Közismert, hogy az általános frekvenciaváltók híd-egyenirányító áramköre háromfázisú, szabályozhatatlan, így nem képes kétirányú energiaátadást megvalósítani az egyenáramú áramkör és a tápegység között. A probléma megoldásának leghatékonyabb módja az aktív inverter technológia alkalmazása, és az egyenirányító rész megfordítható egyenirányítót, más néven hálózati oldali konvertert alkalmaz. A hálózati oldali inverter vezérlésével a regenerált elektromos energiát a hálózat frekvenciájával, fázisával és frekvenciájával megegyező váltakozó árammá invertálja, és visszatáplálja a hálózatba a fékezés érdekében. Korábban az aktív inverter egységek főként tirisztoros áramköröket használtak, amelyek csak stabil, hibákra nem hajlamos hálózati feszültség mellett tudtak biztonságosan visszacsatolásos működést végezni (a hálózati feszültségingadozás nem haladja meg a 10%-ot). Ez a típusú áramkör csak stabil, hibákra nem hajlamos hálózati feszültség mellett tudta biztonságosan végrehajtani az inverter visszacsatolásos működését (a hálózati feszültségingadozás nem haladja meg a 10%-ot). Mivel az energiatermelés fékezési művelete során, ha a hálózati feszültség fékezési ideje nagyobb, mint 2 ms, kommutációs hiba léphet fel, és az alkatrészek károsodhatnak. Ezenkívül a mélyreható szabályozás során ennek a módszernek alacsony a teljesítménytényezője, magas a harmonikustartalma és átfedő kommutációja van, ami a hálózati feszültség hullámformájának torzulását okozza. Egyidejűleg szabályozza a bonyolultságot és a magas költségeket. A teljesen szabályozott eszközök gyakorlati alkalmazásával az emberek PWM vezérlést használó szaggatóvezérelt, megfordítható átalakítókat fejlesztettek ki. Ily módon a hálózatoldali inverter felépítése teljesen megegyezik az inverter felépítésével, mindkettő PWM vezérlést használ.
A fenti elemzésből látható, hogy az inverter energia-visszacsatolásos fékezésének valódi eléréséhez kulcsfontosságú a hálózatoldali inverter vezérlése.
Visszacsatolásos fékezési jellemzők
Szigorúan véve a hálózatoldali invertert nem lehet egyszerűen „egyenirányítónak” nevezni, mivel egyenirányítóként és inverterként is működhet. Az önleállító eszközök használatának köszönhetően a váltakozó áram nagysága és fázisa megfelelő PWM móddal szabályozható, így a bemeneti áram szinuszhullámhoz közelít, és a rendszer teljesítménytényezője mindig 1-hez közelít. Amikor a motor lassítófékezése által az inverterből visszatáplált regeneratív teljesítmény növeli az egyenfeszültséget, a váltakozó áramú bemeneti áram fázisa megfordítható a tápfeszültség fázisához képest, így regeneratív működés érhető el, és a regeneratív teljesítmény visszatáplálható a váltakozó áramú hálózatba, miközben a rendszer továbbra is az adott értéken tudja tartani az egyenfeszültséget. Ebben az esetben a hálózatoldali inverter aktív inverter állapotban működik. Ez megkönnyíti a kétirányú teljesítményáramlás elérését, és gyors dinamikus válaszidőt biztosít. Ugyanakkor ez a topológiai struktúra lehetővé teszi a rendszer számára, hogy teljes mértékben szabályozza a reaktív és aktív teljesítmény cseréjét az AC és DC oldalak között, akár 97%-os hatásfokkal és jelentős gazdasági előnyökkel. A hőveszteség a fékezés során felhasznált energia 1%-a, és nem szennyezi az elektromos hálózatot. A teljesítménytényező körülbelül 1, ami környezetbarát. Ezért a visszacsatolásos fékezés széles körben alkalmazható energiatakarékos működésre PWM váltakozó áramú átvitel energia-visszacsatolásos fékezési forgatókönyveiben, különösen olyan helyzetekben, ahol gyakori fékezésre van szükség. Az elektromos motor teljesítménye is magas, és az energiamegtakarítási hatás jelentős. Az üzemi körülményektől függően az átlagos energiamegtakarítási hatás körülbelül 20% vagy több.