ספקי יחידות משוב אנרגיה מזכירים לכם שממירי תדר נתקלים לעתים קרובות בבעיות שונות במהלך איתור שגיאות ושימוש, ביניהן מתח יתר הוא הנפוץ ביותר. לאחר התרחשות מתח יתר, על מנת למנוע נזק למעגל הפנימי, פונקציית ההגנה מפני מתח יתר של ממיר התדר תופעל, מה שיגרום לממיר התדר להפסיק לפעול, וכתוצאה מכך הציוד לא יפעל כראוי.
לכן, יש לנקוט באמצעים כדי למנוע מתח יתר ולמנוע התרחשות תקלות. עקב תרחישי היישום השונים של ממירי תדר ומנועים, גם הגורמים למתח יתר שונים, ולכן יש לנקוט באמצעים מתאימים בהתאם למצב הספציפי.
יצירת מתח יתר בממיר תדרים ובלימה רגנרטיבית
מה שנקרא מתח יתר של ממיר תדר מתייחס למצב שבו המתח של ממיר התדר עולה על המתח המדורג מסיבות שונות, דבר המתבטא בעיקר במתח הישר של אפיק הישר של ממיר התדר.
במהלך פעולה רגילה, מתח הישר של ממיר התדר הוא הערך הממוצע לאחר יישור גל מלא תלת פאזי. אם מחושב על סמך מתח קו של 380 וולט, מתח הישר הממוצע Ud=1.35U קו=513 וולט.
כאשר מתרחש מתח יתר, קבל אחסון האנרגיה באפיק DC ייטען. כאשר המתח עולה לכ-700 וולט (בהתאם לדגם), הגנת מתח היתר של ממיר התדר תופעל.
ישנן שתי סיבות עיקריות למתח יתר בממירי תדר: מתח יתר בהספק ומתח יתר רגנרטיבי.
מתח יתר בהספק מתייחס למצב שבו מתח אפיק הזרם הישיר עולה על הערך המדורג עקב מתח אספקת חשמל מוגזם. כיום, מתח הכניסה של רוב ממירי התדר יכול להגיע עד 460 וולט, כך שמתח יתר הנגרם מאספקת החשמל הוא נדיר ביותר.
הנושא העיקרי הנדון במאמר זה הוא התחדשות מתח יתר.
הסיבות העיקריות ליצירת מתח יתר רגנרטיבי הן כדלקמן: כאשר עומס GD2 (מומנט גלגל תנופה) מאט, זמן ההאטה שנקבע על ידי ממיר התדר קצר מדי;
המנוע נתון לכוחות חיצוניים (כגון מאווררים ומכונות מתיחה) או לעומסים פוטנציאליים (כגון מעליות ועגורנים) כאשר הוא יורד. מסיבות אלה, המהירות בפועל של המנוע גבוהה מהמהירות המצוינת של ממיר התדרים, מה שאומר שמהירות הרוטור של המנוע עולה על המהירות הסינכרונית. בשלב זה, קצב ההחלקה של המנוע הוא שלילי, וכיוון סליל הרוטור החותך את השדה המגנטי המסתובב הוא הפוך לזה של מצב המנוע. מומנט הבלימה האלקטרומגנטי שנוצר על ידו הוא מומנט הבלימה שמעכב את כיוון הסיבוב. לכן, המנוע החשמלי נמצא למעשה במצב ייצור, והאנרגיה הקינטית של העומס "מתחדשת" לאנרגיה חשמלית.
אנרגיית הרגנרציה נטענת לקבל אגירת אנרגיה DC של הממיר דרך דיודת הגלגל החופשי של הממיר, מה שגורם למתח אפיק ה-DC לעלות, מה שנקרא מתח יתר רגנרטיבי. המומנט שנוצר במהלך תהליך יצירת מתח היתר מחדש הוא הפוך למומנט המקורי, שהוא מומנט הבלימה. לכן, תהליך יצירת מתח היתר מחדש הוא גם תהליך של בלימה רגנרטיבית.
במילים אחרות, ביטול אנרגיה רגנרטיבית מגביר את מומנט הבלימה. אם האנרגיה הרגנרטיבית אינה גדולה, לממיר ולמנוע עצמם יש קיבולת בלימה רגנרטיבית של 20, וחלק זה של האנרגיה החשמלית ייצרך על ידי הממיר והמנוע. אם אנרגיה זו עולה על קיבולת הצריכה של ממיר התדר והמנוע, הקבל של מעגל הישר ייטען יתר על המידה, ופונקציית ההגנה מפני מתח יתר של ממיר התדר תופעל, מה שיגרום להפסקת הפעולה. כדי להימנע ממצב זה, יש צורך להיפטר מאנרגיה זו בזמן, תוך הגדלת מומנט הבלימה, שהיא מטרת הבלימה הרגנרטיבית.
אמצעים למניעת מתח יתר של ממירי תדר
בשל סיבות שונות למתח יתר, גם האמצעים הננקטים שונים. עבור תופעת מתח היתר הנוצרת במהלך חניה, אם אין דרישות מיוחדות לזמן החניה או למיקום, ניתן להשתמש בשיטה של הארכת זמן ההאטה של ממיר התדר או חניה חופשית כדי לפתור אותה. מה שנקרא חניה חופשית מתייחס לניתוק התקן המתג הראשי על ידי ממיר התדר, מה שמאפשר למנוע להחליק בחופשיות ולעצור.
אם ישנן דרישות מסוימות לזמן חניה או למיקום חניה, ניתן להשתמש בפונקציית בלימת DC.
פונקציית בלימת הזרם הישר היא להאט את המנוע לתדר מסוים, ולאחר מכן להפעיל זרם ישר על סליל הסטטור של המנוע כדי ליצור שדה מגנטי סטטי.
סליל הרוטור של המנוע חותך את השדה המגנטי הזה ומייצר מומנט בלימה, אשר ממיר את האנרגיה הקינטית של העומס לאנרגיה חשמלית וצורך אותה בצורת חום במעגל הרוטור של המנוע. לכן, סוג זה של בלימה ידוע גם כבלימה צורכת אנרגיה. תהליך בלימת DC כולל למעשה שני תהליכים: בלימה רגנרטיבית ובלימה צריכת אנרגיה. לשיטת בלימה זו יעילות של 30-60% בלבד מבלימה רגנרטיבית, ומומנט הבלימה קטן יחסית. בשל העובדה שצריכת אנרגיה לתוך המנוע עלולה לגרום להתחממות יתר, זמן הבלימה לא צריך להיות ארוך מדי.
יתר על כן, תדירות ההתחלה, זמן הבלימה ומתח הבלימה של בלימת DC נקבעים כולם ידנית ואינם ניתנים לכוונון אוטומטי על סמך רמת המתח הרגנרטיבי. לכן, בלימת DC אינה יכולה לשמש עבור מתח יתר שנוצר במהלך פעולה רגילה וניתן להשתמש בה רק לבלימה במהלך חניה.
עבור מתח יתר הנגרם על ידי GD2 מוגזם (מומנט גלגל תנופה) של העומס במהלך האטה (ממהירות גבוהה למהירות נמוכה ללא עצירה), ניתן לאמץ את שיטת הארכת זמן ההאטה כדי לפתור זאת. למעשה, שיטה זו משתמשת גם בעיקרון הבלימה הרגנרטיבית. הארכת זמן ההאטה שולטת רק במהירות הטעינה של הממיר על ידי מתח הרגנרציה של העומס, כך שניתן יהיה להשתמש באופן סביר ביכולת הבלימה הרגנרטיבית של הממיר עצמו. באשר לעומסים הגורמים למנוע להיות במצב רגנרטיבית עקב כוחות חיצוניים (כולל שחרור אנרגיה פוטנציאלית), מכיוון שהם פועלים כרגיל במצב בלימה, אנרגיית הרגנרציה גבוהה מדי מכדי שתיצרך על ידי ממיר התדרים עצמו. לכן, לא ניתן להשתמש בבלימת DC או להאריך את זמן ההאטה.
בהשוואה לבלימת DC, לבלימה רגנרטיבית יש מומנט בלימה גבוה יותר, וגודל מומנט הבלימה יכול להיות נשלט אוטומטית על ידי יחידת הבלימה של ממיר התדר בהתאם למומנט הבלימה הנדרש של העומס (כלומר, רמת האנרגיה הרגנרטיבית). לכן, בלימה רגנרטיבית מתאימה ביותר לאספקת מומנט בלימה לעומס במהלך פעולה רגילה.
שיטת בלימה רגנרטיבית להמרת תדר:
1. סוג צורך אנרגיה:
שיטה זו כוללת חיבור מקבילי של נגד בלימה במעגל DC של ממיר תדר, ובקרה על הדלקה/כיבוי של טרנזיסטור הספק על ידי גילוי מתח אפיק DC. כאשר מתח אפיק DC עולה לכ-700 וולט, טרנזיסטור ההספק מוליך, מעביר את האנרגיה המתחדשת אל הנגד וצורך אותה בצורת אנרגיה תרמית, ובכך מונע את עליית מתח ה-DC. בשל חוסר היכולת לנצל אנרגיה מתחדשת, הוא שייך לסוג צריכת האנרגיה. כסוג צורך אנרגיה, ההבדל שלו מבלימת DC הוא שהוא צורך אנרגיה על נגד הבלימה מחוץ למנוע, כך שהמנוע לא יתחמם יתר על המידה ויכול לעבוד בתדירות גבוהה יותר.
2. סוג ספיגת אפיק DC מקבילי:
מתאים למערכות הנעה מרובות מנועים (כגון מכונות מתיחה), שבהן כל מנוע דורש ממיר תדר, ממירי תדר מרובים חולקים ממיר בצד הרשת, וכל הממירים מחוברים במקביל לאפיק DC משותף. במערכת זו, לעתים קרובות יש מנוע אחד או יותר הפועלים כרגיל במצב בלימה. המנוע במצב בלימה נגרר על ידי מנועים אחרים כדי לייצר אנרגיה מתחדשת, אשר נספגת לאחר מכן על ידי המנוע במצב חשמלי דרך אפיק DC מקבילי. אם לא ניתן לספוג אותה במלואה, היא תיצרוך באמצעות נגד בלימה משותף. האנרגיה המתחדשת כאן נספגת חלקית ומנוצלת, אך לא מוזנת בחזרה לרשת החשמל.
3. סוג משוב אנרגטי:
ממיר צד הרשת מסוג אינוורטר בעל משוב אנרגיה הוא הפיך. כאשר נוצרת אנרגיה רגנרטיבית, הממיר ההפיך מחזיר את האנרגיה הרגנרטיבית לרשת, ומאפשר ניצול מלא של האנרגיה הרגנרטיבית. אך שיטה זו דורשת יציבות גבוהה של אספקת החשמל, וברגע שיש הפסקת חשמל פתאומית, יתרחש היפוך והתהפכות.