Dalam industri tenaga listrik dan kelistrikan, konverter frekuensi terutama digunakan untuk konservasi energi dan peningkatan proses produksi. Sebagai perangkat penghemat energi dan pengatur kecepatan motor, konverter frekuensi banyak digunakan dalam bidang metalurgi, kelistrikan, pasokan air, perminyakan, kimia, batubara, dan bidang lainnya. Inti dari unit umpan balik energi pada konverter frekuensi umum adalah inversi aktif. Metode implementasi unit umpan balik energi pada konverter frekuensi umum adalah dengan menyalurkan energi yang dihasilkan ke jaringan melalui inverter tiga fasa anti-paralel pada penyearah tak terkendali pada tahap depan konverter frekuensi umum. Rangkaian utama unit umpan balik energi terutama terdiri dari jembatan inverter yang terdiri dari thyristor, IGBT, modul IPM, dan beberapa rangkaian periferal.
Ujung keluaran jembatan inverter terhubung ke terminal masukan R, S, dan T konverter frekuensi melalui tiga reaktor choke, dan ujung masukan terhubung ke terminal positif sisi DC konverter frekuensi universal melalui dioda isolasi untuk memastikan aliran energi searah ke arah "jaringan jembatan inverter aktif konverter frekuensi". Fungsi reaktor choke adalah untuk menyeimbangkan perbedaan tegangan, membatasi arus, dan menyaring, yang berperan penting dalam umpan balik energi regeneratif ke jaringan listrik.
Proses kerja sistemnya adalah sebagai berikut: ketika motor sedang berjalan, perangkat inverter aktif tidak bekerja, dan semua tabung sakelar inverter tersumbat dan dalam kondisi mati; Ketika motor dalam kondisi pembangkitan daya regeneratif, energi dialirkan kembali ke jaringan oleh motor, dan perangkat inverter aktif perlu dihidupkan agar dapat beroperasi.
Aktivasi perangkat inverter aktif selama umpan balik energi dikendalikan oleh besarnya tegangan sisi DC Ud dari konverter frekuensi. Dasarnya adalah ketika motor dalam keadaan listrik, tegangan sisi DC dari konverter frekuensi pada dasarnya tetap konstan. Ketika motor dalam keadaan pengereman pembangkit, energi regeneratif dari motor AC mengisi kapasitor penyimpanan energi di tautan DC tengah konverter frekuensi, yang menyebabkan tegangan bus DC naik. Selama besarnya Ud terdeteksi, keadaan motor dapat ditentukan, dan perangkat inverter aktif dapat dikontrol untuk mencapai umpan balik energi.
Ketika energi dialirkan kembali ke sisi DC oleh motor, yang menyebabkan tegangan bus DC melampaui tegangan puncak saluran jaringan listrik, jembatan penyearah konverter frekuensi universal akan mati akibat tegangan balik; Ketika tegangan bus DC terus naik dan melampaui tegangan kerja awal inverter aktif, inverter mulai bekerja, menyalurkan energi kembali ke jaringan dari sisi DC; Ketika tegangan bus DC turun ke tegangan kerja inverter, inverter aktif dimatikan.
Dengan menggunakan inverter aktif untuk memberikan umpan balik energi regeneratif yang dihasilkan selama deselerasi dan pengereman motor ke jaringan listrik, konverter frekuensi universal dapat mengatasi efisiensi rendah dan kesulitan dalam memenuhi persyaratan pengereman cepat dan rotasi maju/mundur yang sering disebabkan oleh penggunaan resistor pengereman tradisional, yang memungkinkan konverter frekuensi universal beroperasi dalam empat kuadran.
1) Sistem kontrol umpan balik energi
Sistem kendali umpan balik energi yang lengkap harus memenuhi kondisi kendali fasa, tegangan, arus, dan sebagainya, yang mengharuskan proses umpan balik harus disinkronkan dengan fasa jaringan, dan perangkat inverter aktif hanya boleh dimulai ketika tegangan bus DC melebihi nilai tertentu; Sistem harus mampu mengendalikan besarnya arus umpan balik, sehingga mengendalikan torsi pengereman motor dan mencapai pengereman yang presisi.
2) Dua jenis unit umpan balik energi konverter frekuensi universal
Sebelumnya, rangkaian utama unit umpan balik energi sebagian besar terdiri dari thyristor dan IGBT. Dalam beberapa tahun terakhir, beberapa jenis unit umpan balik energi baru juga telah menggunakan modul cerdas seperti IPM untuk menyederhanakan struktur sistem unit umpan balik energi.
(1) Unit umpan balik energi thyristor:
Rangkaian utama umpan balik energi terdiri dari perangkat thyristor, yang juga merupakan unit umpan balik energi awal. Rangkaian ini tidak hanya digunakan dalam konverter frekuensi, tetapi juga dalam pengereman beberapa sistem kendali kecepatan reversibel DC.
1. Kondisi kerja maju konverter frekuensi universal: Ketika motor dalam keadaan listrik, penyearah konverter frekuensi bekerja, sementara perangkat thyristor pada unit umpan balik energi tidak terpicu dan berada dalam keadaan cut-off, dan penyearah bekerja dalam arah maju. Bagian inverter yang dapat dikontrol dari inverter terpicu untuk bekerja, bagian penyearah balik yang tidak dapat dikontrol berada dalam keadaan cut-off, dan inverter dalam operasi maju.
2. Kondisi kerja terbalik konverter frekuensi universal: Ketika motor dalam kondisi pembangkit, penyearah konverter frekuensi dalam kondisi cut-off, dan perangkat thyristor dalam unit umpan balik energi dipicu untuk bekerja. Bagian inverter yang dapat dikontrol dari inverter masih dipicu untuk bekerja, bagian penyearah terbalik yang tidak dapat dikontrol dalam kondisi kerja, dan inverter bekerja secara terbalik.
(2) Unit umpan balik energi IGBT:
Rangkaian utama umpan balik energi terdiri dari perangkat IGBT, yang paling umum digunakan dalam konverter frekuensi umum. Dioda freewheeling yang terintegrasi dengan perangkat IGBT tidak dapat digunakan sebagai perangkat penyearah karena keterbatasan dioda isolasi yang terhubung ke sisi DC. Biayanya seharusnya lebih tinggi daripada unit umpan balik energi thyristor.
① Kondisi kerja maju konverter frekuensi universal: Ketika motor dalam kondisi listrik, penyearah konverter frekuensi bekerja, sementara perangkat IGBT pada unit umpan balik energi tidak terpicu dan berada dalam kondisi cut-off, dan penyearah bekerja dalam arah maju. Perangkat IGBT pada inverter terpicu untuk bekerja, dan bagian penyearah balik yang tidak terkontrol berada dalam kondisi cut-off, sementara inverter dalam operasi maju.
2. Kondisi kerja terbalik konverter frekuensi universal: Ketika motor dalam kondisi pembangkit, penyearah konverter frekuensi berada dalam kondisi cut-off, dan perangkat IGBT pada unit umpan balik energi dipicu untuk bekerja. Perangkat IGBT pada inverter masih dipicu untuk bekerja, dan bagian penyearah balik yang tidak terkontrol sedang beroperasi, menyebabkan inverter bekerja secara terbalik.