Para pemasok perangkat umpan balik energi untuk konverter frekuensi mengingatkan Anda bahwa saat ini, pengereman konsumsi energi sederhana banyak digunakan dalam sistem kontrol kecepatan konversi frekuensi AC, yang memiliki kekurangan seperti pemborosan energi listrik, pemanasan resistansi yang parah, dan kinerja pengereman cepat yang buruk. Ketika motor asinkron sering mengalami pengereman, penggunaan pengereman umpan balik merupakan metode penghematan energi yang sangat efektif dan menghindari kerusakan lingkungan dan peralatan selama pengereman. Hasil yang memuaskan telah dicapai dalam industri seperti lokomotif listrik dan ekstraksi minyak. Dengan terus bermunculannya perangkat elektronika daya baru, meningkatnya efektivitas biaya, dan kesadaran masyarakat akan konservasi energi dan pengurangan konsumsi, terdapat beragam prospek aplikasi.
Perangkat pengereman umpan balik energi sangat cocok untuk situasi dengan daya motor besar, misalnya lebih besar atau sama dengan 100 kW, momen inersia gd2 peralatan besar, dan sistem kerja kontinu jangka pendek yang berulang. Pengurangan deselerasi dari kecepatan tinggi ke kecepatan rendah besar, waktu pengereman singkat, dan pengereman yang kuat diperlukan. Untuk meningkatkan efek penghematan energi dan mengurangi kehilangan energi selama proses pengereman, pemulihan energi deselerasi dan umpan baliknya ke jaringan listrik juga diperlukan untuk mencapai efek penghematan energi.
Prinsip pengereman umpan balik
Dalam sistem pengaturan kecepatan frekuensi variabel, perlambatan dan penghentian motor dicapai dengan mengurangi frekuensi secara bertahap. Saat frekuensi menurun, kecepatan sinkron motor pun menurun. Namun, karena inersia mekanis, kecepatan rotor motor tetap konstan, dan perubahan kecepatannya memiliki jeda waktu tertentu. Pada saat ini, kecepatan aktual akan lebih besar daripada kecepatan yang ditentukan, sehingga menghasilkan situasi di mana gaya gerak listrik balik e motor lebih tinggi daripada tegangan terminal DC u dari konverter frekuensi, yaitu, e>u. Pada titik ini, motor listrik menjadi generator, yang tidak hanya tidak memerlukan pasokan daya dari jaringan, tetapi juga dapat mengirimkan listrik ke jaringan. Hal ini tidak hanya memiliki efek pengereman yang baik, tetapi juga mengubah energi kinetik menjadi energi listrik, yang dapat dikirim ke jaringan untuk memulihkan energi, menyelesaikan dua masalah sekaligus. Tentu saja, diperlukan unit perangkat umpan balik energi untuk kontrol otomatis agar hal ini tercapai. Selain itu, rangkaian umpan balik energi juga harus mencakup reaktor AC dan DC, penyerap resistansi kapasitansi, sakelar elektronik, dll.
Sebagaimana diketahui, rangkaian penyearah jembatan pada konverter frekuensi umum bersifat tiga fasa tak terkendali, sehingga mustahil mencapai transfer energi dua arah antara rangkaian DC dan catu daya. Solusi efektif untuk masalah ini adalah dengan menggunakan teknologi inverter aktif, dan bagian penyearah mengadopsi penyearah reversibel, yang juga dikenal sebagai konverter sisi jaringan. Dengan mengendalikan inverter sisi jaringan, energi listrik yang dihasilkan dibalik menjadi daya AC dengan frekuensi, fasa, dan frekuensi yang sama dengan jaringan, dan diumpankan kembali ke jaringan untuk mencapai pengereman. Sebelumnya, unit inverter aktif terutama menggunakan rangkaian thyristor, yang hanya dapat melakukan operasi umpan balik dengan aman pada tegangan jaringan stabil yang tidak rentan terhadap gangguan (fluktuasi tegangan jaringan tidak melebihi 10%). Jenis rangkaian ini hanya dapat melakukan operasi umpan balik inverter dengan aman pada tegangan jaringan stabil yang tidak rentan terhadap gangguan (fluktuasi tegangan jaringan tidak melebihi 10%). Karena selama operasi pengereman pembangkitan daya, jika waktu pengereman tegangan jaringan lebih besar dari 2 ms, kegagalan komutasi dapat terjadi dan komponen dapat rusak. Selain itu, selama kontrol mendalam, metode ini memiliki faktor daya yang rendah, kandungan harmonik yang tinggi, dan komutasi yang tumpang tindih, yang akan menyebabkan distorsi bentuk gelombang tegangan jaringan listrik. Pada saat yang sama, kontrol ini rumit dan berbiaya tinggi. Dengan penerapan praktis perangkat yang dikontrol sepenuhnya, para peneliti telah mengembangkan konverter reversibel yang dikontrol chopper menggunakan kontrol PWM. Dengan cara ini, struktur inverter sisi jaringan sepenuhnya sama dengan inverter, keduanya menggunakan kontrol PWM.
Dari analisis di atas, dapat dilihat bahwa untuk benar-benar mencapai pengereman umpan balik energi pada inverter, kuncinya adalah mengendalikan inverter sisi jaringan. Tulisan berikut berfokus pada algoritma kendali inverter sisi jaringan menggunakan perangkat yang dikontrol sepenuhnya dan metode kendali PWM.
algoritma kontrol
Algoritma kontrol untuk inverter sisi grid biasanya mengadopsi algoritma kontrol vektor, di mana vdc, v * dc, dan △ vdc masing-masing mewakili nilai terukur, nilai yang diberikan, dan kesalahan kontrol tegangan bus DC; id, i*d, Δ id mewakili nilai terukur, nilai yang diberikan, dan kesalahan kontrol sumbu-d inverter sisi grid; iq, i*q, Δ iq mewakili nilai terukur, nilai yang diberikan, dan kesalahan kontrol arus sumbu-q konverter sisi grid; Δ v * d, v * d, dan v * q masing-masing mewakili titik setel deviasi tegangan keluaran sumbu-d, titik setel tegangan keluaran sumbu-d, dan titik setel tegangan keluaran sumbu-q inverter sisi grid; EABC, V * ABC, dan IABC masing-masing mewakili nilai yang diberikan sesaat dari potensial grid, tegangan keluaran konverter sisi grid, dan nilai sesaat tiga fase dari arus keluaran; e. φ masing-masing mewakili amplitudo dan fase potensial grid.
Algoritma kendali vektor menghitung selisih antara tegangan bus DC terukur dan nilai yang diberikan, dan memperoleh nilai arus sumbu-d yang diberikan melalui regulator PI; kemudian, berdasarkan fase tegangan grid yang terukur, arus keluaran terukur dari inverter sisi grid ditransformasikan secara sinkron dan koordinat untuk memperoleh nilai arus sumbu-d dan sumbu-q yang terukur. Setelah penyesuaian pi, nilai sumbu-d ditambahkan ke amplitudo tegangan grid untuk memperoleh nilai tegangan sumbu-d dan sumbu-q yang diberikan. Setelah transformasi invers koordinat sinkron, keluaran diperoleh.
Keuntungan dari algoritma ini adalah akurasi kontrol yang tinggi dan respon dinamis yang baik; Kerugiannya adalah terdapat banyak transformasi koordinat dalam algoritma kontrol, dan algoritmanya rumit, memerlukan daya komputasi yang tinggi dari prosesor kontrol.
Ini mengadopsi komposisi penyearah PWM pelacakan arus. Algoritma yang disederhanakan ini secara langsung mengalikan titik setel arus sumbu-d dengan nilai referensi sinus tiga fase yang diperoleh dari tabel pencarian fase tegangan grid yang diukur untuk mendapatkan titik setel arus keluaran tiga fase, dan kemudian melakukan penyesuaian pi sederhana untuk mendapatkan titik setel tegangan keluaran tiga fase dan mengeluarkannya. Karena penghilangan perhitungan transformasi koordinat dalam algoritma ini, kebutuhan daya komputasi untuk prosesor kontrol relatif rendah. Di sisi lain, karena karakteristik regulator PI itu sendiri, ada kesalahan steady-state tertentu dalam kontrolnya terhadap aliran AC, sehingga faktor daya algoritma ini lebih rendah daripada algoritma kontrol vektor standar. Selama proses dinamis, fluktuasi tegangan bus DC relatif besar, dan probabilitas tegangan bus DC dan kesalahan lainnya yang terjadi selama proses dinamis yang cepat relatif tinggi.
Karakteristik pengereman umpan balik
Secara tegas, inverter sisi grid tidak bisa hanya disebut sebagai "penyearah" karena dapat berfungsi sebagai penyearah sekaligus inverter. Berkat penggunaan perangkat mati otomatis, besar dan fase arus AC dapat dikontrol melalui mode PWM yang tepat, sehingga arus input mendekati gelombang sinus dan memastikan faktor daya sistem selalu mendekati 1. Ketika daya regeneratif yang dikembalikan dari inverter oleh pengereman deselerasi motor meningkatkan tegangan DC, fase arus input AC dapat dibalik dari fase tegangan catu daya untuk mencapai operasi regeneratif, dan daya regeneratif dapat diumpan balik ke jaringan listrik AC, sementara sistem tetap dapat mempertahankan tegangan DC pada nilai yang ditentukan. Dalam hal ini, inverter sisi grid beroperasi dalam kondisi inverter aktif. Hal ini memudahkan pencapaian aliran daya dua arah dan memiliki kecepatan respons dinamis yang cepat. Pada saat yang sama, struktur topologi ini memungkinkan sistem untuk sepenuhnya mengontrol pertukaran daya reaktif dan aktif antara sisi AC dan DC, dengan efisiensi hingga 97% dan manfaat ekonomi yang signifikan. Kehilangan panas sebesar 1% dari konsumsi energi pengereman, dan tidak mencemari jaringan listrik. Faktor dayanya sekitar 1, yang ramah lingkungan. Oleh karena itu, pengereman umpan balik dapat digunakan secara luas untuk operasi hemat energi dalam skenario pengereman umpan balik energi transmisi PWM AC, terutama dalam situasi yang membutuhkan pengereman yang sering. Daya motor listrik juga tinggi, dan efek penghematan energinya signifikan. Tergantung pada kondisi operasi, efek penghematan energi rata-rata sekitar 20%. Satu-satunya kelemahan penerapan kontrol umpan balik adalah struktur sistem kontrol yang kompleks.
Singkatnya, dapat dilihat bahwa perangkat sistem umpan balik energi memiliki keunggulan yang jauh lebih unggul dibandingkan pengereman konsumsi energi dan pengereman DC. Dengan menggunakan pengereman umpan balik untuk menyalurkan kembali listrik yang dihasilkan kembali ke jaringan, hal ini dapat mencapai efek pengurangan konsumsi energi dan penghematan biaya listrik. Oleh karena itu, dalam situasi kekurangan daya saat ini yang disebabkan oleh pesatnya pembangunan ekonomi di berbagai wilayah Tiongkok, promosi dan penerapan rem umpan balik memiliki signifikansi penting dalam penghematan energi.