Pemasok peralatan pendukung konverter frekuensi mengingatkan Anda bahwa dalam sistem kontrol frekuensi tradisional yang terdiri dari konverter frekuensi umum, motor asinkron, dan beban mekanis, ketika beban potensial yang ditransmisikan oleh motor diturunkan, motor mungkin berada dalam kondisi pengereman regeneratif; atau ketika motor melambat dari kecepatan tinggi ke kecepatan rendah (termasuk parkir), frekuensi dapat tiba-tiba menurun, tetapi karena inersia mekanis motor, motor mungkin berada dalam kondisi pembangkitan daya regeneratif. Energi mekanis yang tersimpan dalam sistem transmisi diubah menjadi energi listrik oleh motor dan dikirim kembali ke sirkuit DC inverter melalui enam dioda freewheeling inverter. Pada saat ini, inverter berada dalam kondisi penyearahan. Pada titik ini, jika tidak ada tindakan yang diambil untuk mengonsumsi energi dalam konverter frekuensi, energi ini akan menyebabkan tegangan kapasitor penyimpanan energi di sirkuit perantara naik. Jika pengereman terlalu cepat atau beban mekanis berupa kerekan, bagian energi ini dapat menyebabkan kerusakan pada konverter frekuensi, jadi kita harus mempertimbangkan bagian energi ini.
Pada konverter frekuensi umum, ada dua metode yang paling umum digunakan untuk memproses energi yang dihasilkan kembali:
(1) Disipasi ke dalam "resistor pengereman" yang secara artifisial diatur secara paralel dengan kapasitor di sirkuit DC disebut keadaan pengereman dinamis;
(2) Jika diumpankan kembali ke jaringan listrik, disebut kondisi pengereman umpan balik (juga dikenal sebagai kondisi pengereman regeneratif). Terdapat metode pengereman lain, yaitu pengereman DC, yang dapat digunakan dalam situasi yang memerlukan parkir akurat atau ketika motor rem berputar tidak beraturan akibat faktor eksternal sebelum memulai.
Banyak pakar telah membahas desain dan penerapan pengereman penggerak frekuensi variabel dalam buku dan publikasi, terutama belakangan ini, dengan banyaknya artikel tentang "pengereman umpan balik energi". Hari ini, penulis menyajikan metode pengereman jenis baru, yang memiliki keunggulan operasi empat kuadran dengan "pengereman umpan balik" dan efisiensi operasi yang tinggi, serta manfaat "pengereman konsumsi energi" untuk jaringan listrik bebas polusi dan keandalan yang tinggi.
Pengereman konsumsi energi
Metode penggunaan rangkaian resistor pengereman dalam rangkaian DC untuk menyerap energi listrik regeneratif motor disebut pengereman konsumsi energi.
Keuntungannya adalah konstruksi sederhana; Tidak ada polusi pada jaringan listrik (dibandingkan dengan kontrol umpan balik), biaya rendah; Kerugiannya adalah efisiensi operasi yang rendah, terutama selama pengereman yang sering, yang akan menghabiskan sejumlah besar energi dan meningkatkan kapasitas resistor pengereman.
Umumnya, pada konverter frekuensi umum, konverter frekuensi daya rendah (di bawah 22 kW) dilengkapi dengan unit rem internal, yang hanya memerlukan resistor rem eksternal. Konverter frekuensi daya tinggi (di atas 22 kW) memerlukan unit rem eksternal dan resistor rem.
Pengereman umpan balik
Untuk mencapai pengereman umpan balik energi, diperlukan kondisi seperti kontrol tegangan pada frekuensi dan fase yang sama, kontrol arus umpan balik, dll. Sistem ini mengadopsi teknologi inverter aktif untuk mengubah energi listrik yang dihasilkan kembali menjadi daya AC dengan frekuensi dan fase yang sama dengan jaringan listrik, lalu mengembalikannya ke jaringan, sehingga mencapai pengereman.
Keuntungan pengereman umpan balik adalah dapat beroperasi di empat kuadran, dan umpan balik energi listrik meningkatkan efisiensi sistem. Kekurangannya antara lain:
(1) Metode pengereman umpan balik ini hanya dapat digunakan pada tegangan jaringan stabil yang tidak rentan terhadap gangguan (dengan fluktuasi tegangan jaringan tidak melebihi 10%). Karena selama pengoperasian pengereman pembangkit listrik, jika waktu gangguan tegangan jaringan listrik lebih besar dari 2ms, kegagalan komutasi dapat terjadi dan komponen dapat rusak.
(2) Selama umpan balik, terjadi polusi harmonik pada jaringan listrik.
(3) Pengendaliannya rumit dan biayanya tinggi.
Metode pengereman baru (pengereman umpan balik kapasitor)
Prinsip sirkuit utama
Bagian penyearah menggunakan jembatan penyearah tak terkendali umum untuk penyearahan, rangkaian penyaringan menggunakan kapasitor elektrolit universal, dan rangkaian tunda menggunakan kontaktor atau thyristor. Rangkaian pengisian dan umpan balik terdiri dari modul daya IGBT, reaktor pengisian dan umpan balik L, dan kapasitor elektrolit besar C (dengan kapasitas sekitar sepersepuluh meter, yang dapat ditentukan berdasarkan sistem operasi konverter frekuensi). Bagian inverter terdiri dari modul daya IGBT. Rangkaian proteksi terdiri dari IGBT dan resistor daya.
1) Status operasi pembangkit listrik motor listrik
CPU memonitor tegangan AC input dan tegangan sirkuit DC (μ d) secara real-time, dan menentukan apakah akan mengirim sinyal pengisian daya ke VT1. Setelah μ d lebih tinggi dari nilai tegangan DC yang sesuai (seperti 380VAC -530VDC) dari tegangan AC input, CPU mematikan VT3 dan mengisi kapasitor elektrolit C melalui konduksi pulsa VT1. Pada saat ini, reaktor L dan kapasitor elektrolit C dibagi untuk memastikan bahwa kapasitor elektrolit C beroperasi dalam rentang yang aman. Ketika tegangan pada kapasitor elektrolit C mendekati nilai berbahaya (seperti 370V) sementara sistem masih dalam keadaan pembangkitan daya, dan energi listrik terus dikirim kembali ke sirkuit DC melalui inverter, sirkuit pengaman berperan dalam mencapai pengereman konsumsi energi (pengereman resistansi), mengendalikan mati dan hidup VT3, dan dengan demikian mewujudkan konsumsi energi berlebih oleh resistor R. Umumnya, situasi ini tidak terjadi.
(2) Status operasi motor listrik
Ketika CPU mendeteksi bahwa sistem tidak lagi mengisi daya, CPU akan mengirimkan pulsa ke VT3, yang menghasilkan tegangan positif kiri dan negatif kanan sesaat pada reaktor L. Dikombinasikan dengan tegangan pada kapasitor elektrolit C, proses umpan balik energi dari kapasitor ke sirkuit DC dapat tercapai. CPU mengontrol frekuensi switching dan siklus kerja VT3 dengan mendeteksi tegangan pada kapasitor elektrolit C dan tegangan pada sirkuit DC, sehingga mengendalikan arus umpan balik dan memastikan bahwa tegangan sirkuit DC ν d tidak menjadi terlalu tinggi.
Kesulitan sistem
(1) Pemilihan reaktor
(a)、 Kami mempertimbangkan kekhususan kondisi operasi dan berasumsi bahwa terjadi gangguan tertentu pada sistem, yang menyebabkan beban energi potensial yang dibawa motor berakselerasi bebas dan turun. Pada saat ini, motor berada dalam kondisi operasi pembangkitan daya,
Energi yang dihasilkan dikirim kembali ke sirkuit DC melalui enam dioda freewheeling, menyebabkan peningkatan ∆d dan dengan cepat menempatkan inverter dalam status pengisian daya. Pada saat ini, arus akan sangat tinggi. Oleh karena itu, diameter kawat reaktor yang dipilih harus cukup besar untuk mengalirkan arus pada saat ini.
(b) Dalam loop umpan balik, untuk melepaskan energi listrik sebanyak mungkin sebelum pengisian kapasitor elektrolit berikutnya, pemilihan inti besi biasa (lembaran baja silikon) tidak dapat mencapai tujuan tersebut. Sebaiknya pilih inti besi yang terbuat dari bahan ferit. Melihat nilai arus yang dipertimbangkan di atas, dapat dilihat seberapa besar inti besi ini. Belum diketahui apakah ada inti besi ferit sebesar itu di pasaran. Kalaupun ada, harganya pasti tidak akan terlalu murah.
Jadi penulis menyarankan menggunakan satu reaktor untuk setiap rangkaian pengisian dan umpan balik.
(2) Kesulitan dalam pengendalian
(a) Pada rangkaian DC konverter frekuensi, tegangan ν d umumnya lebih tinggi dari 500VDC, sedangkan tegangan tahan kapasitor elektrolit C hanya 400VDC, menunjukkan bahwa pengendalian proses pengisian ini tidak seperti metode pengendalian pengereman energi (pengereman resistansi). Penurunan tegangan sesaat yang dihasilkan pada reaktor adalah, dan tegangan pengisian sesaat kapasitor elektrolit C adalah ν c = ν d - ν L. Untuk memastikan bahwa kapasitor elektrolit beroperasi dalam rentang yang aman (≤ 400V), penurunan tegangan ν L pada reaktor perlu dikendalikan secara efektif, yang selanjutnya bergantung pada laju perubahan sesaat induktansi dan arus.
(b)、 Selama proses umpan balik, perlu juga dicegah pelepasan energi listrik dari kapasitor elektrolit C yang menyebabkan tegangan rangkaian DC berlebih melalui reaktor, sehingga mengakibatkan proteksi tegangan lebih dalam sistem.
Skenario aplikasi utama
Justru karena keunggulan metode pengereman baru ini (pengereman umpan balik kapasitor) pada konverter frekuensi, banyak pengguna baru-baru ini mengusulkan untuk melengkapi sistem ini berdasarkan karakteristik peralatan mereka. Dengan meluasnya bidang aplikasi konverter frekuensi, teknologi aplikasi ini akan memiliki prospek pengembangan yang besar. Secara khusus, metode ini terutama digunakan dalam industri seperti kerekan tambang (untuk mengangkut orang atau memuat material), gerbong tambang miring (tabung tunggal atau ganda), dan mesin pengangkat. Bagaimanapun, perangkat umpan balik energi dapat digunakan dalam situasi yang membutuhkannya.