Pemasok unit umpan balik energi mengingatkan Anda bahwa konverter frekuensi sering mengalami berbagai masalah selama proses debugging dan penggunaan, di antaranya tegangan berlebih yang paling umum. Setelah tegangan berlebih terjadi, untuk mencegah kerusakan pada sirkuit internal, fungsi proteksi tegangan berlebih pada konverter frekuensi akan diaktifkan, yang menyebabkan konverter frekuensi berhenti beroperasi dan mengakibatkan peralatan tidak berfungsi dengan baik.
Oleh karena itu, langkah-langkah harus diambil untuk menghilangkan tegangan lebih dan mencegah terjadinya gangguan. Karena skenario penggunaan konverter frekuensi dan motor yang berbeda, penyebab tegangan lebih juga berbeda, sehingga langkah-langkah yang tepat harus diambil sesuai dengan situasi spesifik.
Pembangkitan tegangan lebih pada konverter frekuensi dan pengereman regeneratif
Yang disebut tegangan lebih pada konverter frekuensi mengacu pada situasi di mana tegangan konverter frekuensi melampaui tegangan pengenalnya karena berbagai alasan, yang terutama terwujud dalam tegangan DC pada bus DC konverter frekuensi.
Dalam operasi normal, tegangan DC konverter frekuensi adalah nilai rata-rata setelah penyearahan gelombang penuh tiga fase. Jika dihitung berdasarkan tegangan saluran 380V, tegangan DC rata-rata Ud = 1,35U saluran = 513V.
Ketika terjadi tegangan lebih, kapasitor penyimpanan energi pada bus DC akan terisi daya. Ketika tegangan naik hingga sekitar 700V (tergantung model), proteksi tegangan lebih pada konverter frekuensi akan aktif.
Ada dua alasan utama terjadinya tegangan lebih pada konverter frekuensi: tegangan daya lebih dan tegangan regeneratif lebih.
Tegangan lebih daya mengacu pada situasi di mana tegangan bus DC melebihi nilai nominal akibat tegangan catu daya yang berlebihan. Saat ini, tegangan input sebagian besar konverter frekuensi dapat mencapai hingga 460V, sehingga tegangan lebih yang disebabkan oleh catu daya sangat jarang terjadi.
Masalah utama yang dibahas dalam artikel ini adalah regenerasi tegangan lebih.
Alasan utama untuk menghasilkan tegangan lebih regeneratif adalah sebagai berikut: ketika beban GD2 (torsi roda gila) melambat, waktu perlambatan yang ditetapkan oleh konverter frekuensi terlalu pendek;
Motor mengalami gaya eksternal (seperti kipas dan mesin peregangan) atau beban potensial (seperti lift dan derek) saat diturunkan. Karena alasan ini, kecepatan aktual motor lebih tinggi daripada kecepatan yang ditentukan oleh konverter frekuensi, yang berarti kecepatan rotor motor melebihi kecepatan sinkron. Pada saat ini, laju selip motor negatif, dan arah belitan rotor yang memotong medan magnet berputar berlawanan dengan arah motor. Torsi elektromagnetik yang dihasilkannya adalah torsi pengereman yang menghambat arah putaran. Jadi, motor listrik sebenarnya berada dalam keadaan pembangkitan, dan energi kinetik beban 'diregenerasi' menjadi energi listrik.
Energi regeneratif dibebankan ke kapasitor penyimpanan energi DC inverter melalui dioda freewheeling inverter, menyebabkan tegangan bus DC naik, yang disebut tegangan lebih regeneratif. Torsi yang dihasilkan selama proses regenerasi tegangan lebih berlawanan dengan torsi awal, yaitu torsi pengereman. Oleh karena itu, proses regenerasi tegangan lebih juga merupakan proses pengereman regeneratif.
Dengan kata lain, menghilangkan energi regeneratif akan meningkatkan torsi pengereman. Jika energi regeneratif tidak besar, inverter dan motor sendiri memiliki kapasitas pengereman regeneratif sebesar 20, dan sebagian energi listrik ini akan dikonsumsi oleh inverter dan motor. Jika energi ini melebihi kapasitas konsumsi konverter frekuensi dan motor, kapasitor rangkaian DC akan terisi daya berlebih, dan fungsi proteksi tegangan berlebih pada konverter frekuensi akan aktif, yang menyebabkan operasi terhenti. Untuk menghindari situasi ini, energi ini perlu dibuang tepat waktu, sekaligus meningkatkan torsi pengereman, yang merupakan tujuan dari pengereman regeneratif.
Langkah-langkah untuk mencegah tegangan lebih pada konverter frekuensi
Karena penyebab tegangan lebih yang berbeda-beda, tindakan yang diambil pun berbeda. Untuk fenomena tegangan lebih yang dihasilkan selama parkir, jika tidak ada persyaratan khusus untuk waktu atau lokasi parkir, metode perpanjangan waktu deselerasi konverter frekuensi atau parkir bebas dapat digunakan untuk mengatasinya. Parkir bebas mengacu pada pemutusan perangkat sakelar utama oleh konverter frekuensi, yang memungkinkan motor meluncur bebas dan berhenti.
Jika ada persyaratan tertentu untuk waktu parkir atau lokasi parkir, fungsi pengereman DC dapat digunakan.
Fungsi pengereman DC adalah memperlambat motor ke frekuensi tertentu, dan kemudian menerapkan daya DC ke belitan stator motor untuk membentuk medan magnet statis.
Gulungan rotor motor memotong medan magnet ini dan menghasilkan torsi pengereman, yang mengubah energi kinetik beban menjadi energi listrik dan mengonsumsinya dalam bentuk panas di sirkuit rotor motor. Oleh karena itu, jenis pengereman ini juga dikenal sebagai pengereman yang mengonsumsi energi. Proses pengereman DC sebenarnya mencakup dua proses: pengereman regeneratif dan pengereman yang mengonsumsi energi. Metode pengereman ini memiliki efisiensi hanya 30-60% dari pengereman regeneratif, dan torsi pengeremannya relatif kecil. Karena konsumsi energi ke motor dapat menyebabkan panas berlebih, waktu pengereman tidak boleh terlalu lama.
Selain itu, frekuensi start, waktu pengereman, dan tegangan pengereman DC semuanya diatur secara manual dan tidak dapat disesuaikan secara otomatis berdasarkan tingkat tegangan regeneratif. Oleh karena itu, pengereman DC tidak dapat digunakan untuk tegangan lebih yang dihasilkan selama operasi normal dan hanya dapat digunakan untuk pengereman saat parkir.
Untuk tegangan lebih yang disebabkan oleh GD2 (torsi roda gila) beban yang berlebihan selama deselerasi (dari kecepatan tinggi ke kecepatan rendah tanpa henti), metode perpanjangan waktu deselerasi yang tepat dapat diadopsi untuk menyelesaikannya. Bahkan, metode ini juga memanfaatkan prinsip pengereman regeneratif. Memperpanjang waktu deselerasi hanya mengendalikan kecepatan pengisian inverter dengan tegangan regeneratif beban, sehingga dapat memanfaatkan kapasitas pengereman regeneratif inverter itu sendiri secara wajar. Sedangkan untuk beban yang menyebabkan motor berada dalam keadaan regeneratif karena gaya eksternal (termasuk pelepasan energi potensial), karena mereka beroperasi secara normal dalam keadaan pengereman, energi regeneratif terlalu tinggi untuk dikonsumsi oleh konverter frekuensi itu sendiri. Oleh karena itu, tidak mungkin untuk menggunakan pengereman DC atau memperpanjang waktu deselerasi.
Dibandingkan dengan pengereman DC, pengereman regeneratif memiliki torsi pengereman yang lebih tinggi, dan besarnya torsi pengereman dapat dikontrol secara otomatis oleh unit pengereman konverter frekuensi sesuai dengan torsi pengereman beban yang dibutuhkan (yaitu tingkat energi regeneratif). Oleh karena itu, pengereman regeneratif paling cocok untuk memberikan torsi pengereman kepada beban selama operasi normal.
Metode pengereman regeneratif konversi frekuensi:
1. Jenis konsumsi energi:
Metode ini melibatkan pemparalelan resistor pengereman pada rangkaian DC konverter frekuensi, dan mengendalikan on/off transistor daya dengan mendeteksi tegangan bus DC. Ketika tegangan bus DC naik hingga sekitar 700V, transistor daya akan menghantarkan arus, mengalirkan energi yang dihasilkan ke resistor dan menggunakannya dalam bentuk energi termal, sehingga mencegah kenaikan tegangan DC. Karena ketidakmampuannya memanfaatkan energi yang dihasilkan, metode ini termasuk dalam tipe konsumsi energi. Sebagai tipe konsumsi energi, perbedaannya dengan pengereman DC adalah ia mengonsumsi energi pada resistor pengereman di luar motor, sehingga motor tidak akan terlalu panas dan dapat beroperasi lebih sering.
2. Jenis penyerapan bus DC paralel:
Cocok untuk sistem penggerak multi-motor (seperti mesin peregangan), di mana setiap motor memerlukan konverter frekuensi, beberapa konverter frekuensi berbagi konverter sisi grid, dan semua inverter terhubung secara paralel ke bus DC umum. Dalam sistem ini, seringkali terdapat satu atau beberapa motor yang bekerja normal dalam kondisi pengereman. Motor dalam kondisi pengereman ditarik oleh motor lain untuk menghasilkan energi regeneratif, yang kemudian diserap oleh motor dalam kondisi listrik melalui bus DC paralel. Jika tidak dapat diserap sepenuhnya, energi tersebut akan dikonsumsi melalui resistor pengereman bersama. Energi yang dihasilkan di sini sebagian diserap dan dimanfaatkan, tetapi tidak dialirkan kembali ke jaringan listrik.
3. Jenis umpan balik energi:
Konverter sisi jaringan inverter tipe umpan balik energi bersifat reversibel. Ketika energi regeneratif dihasilkan, konverter reversibel akan mengumpan balik energi regeneratif ke jaringan, sehingga energi regeneratif dapat dimanfaatkan sepenuhnya. Namun, metode ini membutuhkan stabilitas pasokan daya yang tinggi, dan jika terjadi pemadaman listrik mendadak, inversi dan pembalikan akan terjadi.