A frekvenciaváltók energia-visszacsatoló eszközeinek szállítói emlékeztetnek arra, hogy jelenleg az egyszerű energiafogyasztás-fékezést széles körben alkalmazzák a váltakozó áramú frekvenciaátalakítású 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 visszacsatoló 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.
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). Ezen a ponton 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 eszközre az automatikus vezérléshez. Ezenkívül az energia-visszacsatoló áramkörnek tartalmaznia kell AC és DC reaktorokat, ellenállás-kapacitás-elnyelőket, elektronikus kapcsolókat stb.
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 a hálózatoldali inverter vezérlése a kulcs. A következő szöveg a hálózatoldali inverter vezérlési algoritmusára összpontosít, teljesen vezérelt eszközök és PWM vezérlési módszer alkalmazásával.
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 a 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%.