電力・電気業界において、周波数変換器は主に省エネと生産プロセスの改善に用いられています。モーターの省エネ・速度調整装置として、冶金、電力、水道、石油、化学、石炭などの分野で広く利用されています。周波数変換器のエネルギーフィードバックユニットの本質はアクティブ反転にあります。一般的な周波数変換器のエネルギーフィードバックユニットの実現方法は、一般的な周波数変換器の前段にある非制御整流器において、逆並列三相インバータによって回生エネルギーを系統に供給することです。エネルギーフィードバックユニットの主回路は、主にサイリスタ、IGBT、IPMモジュール、およびいくつかの周辺回路で構成されるインバータブリッジで構成されています。
インバータブリッジの出力端は、3つのチョークリアクトルを介して周波数変換器の入力端子R、S、Tに接続され、入力端は絶縁ダイオードを介して汎用周波数変換器の直流側の正極端子に接続され、「周波数変換器アクティブインバータブリッジグリッド」方向へのエネルギーの一方向の流れを確保します。チョークリアクトルの機能は、電圧差のバランス調整、電流制限、フィルタリングであり、回生エネルギーを電力網にフィードバックする上で重要な役割を果たします。
システムの動作プロセスは次のとおりです。モーターが動作しているとき、アクティブインバータデバイスは動作せず、インバータスイッチチューブはすべてブロックされ、オフ状態になります。モーターが回生発電状態にあるとき、エネルギーはモーターによってグリッドにフィードバックされ、アクティブインバータデバイスを起動して動作させる必要があります。
エネルギーフィードバック中のアクティブインバータ装置の起動は、周波数変換器の直流側電圧Udの大きさによって制御されます。これは、モータが通電状態にある場合、周波数変換器の直流側電圧が基本的に一定であるためです。モータが発電制動状態にある場合、交流モータの回生エネルギーが周波数変換器の中間直流リンクにあるエネルギー貯蔵コンデンサを充電し、直流バス電圧を上昇させます。Udの大きさを検出できれば、モータの状態を判定し、アクティブインバータ装置を制御してエネルギーフィードバックを実現できます。
モーターによってエネルギーが DC 側にフィードバックされ、DC バス電圧が電力網ラインのピーク電圧を超えると、ユニバーサル周波数コンバータの整流ブリッジは逆電圧のためにシャットダウンします。DC バス電圧が上昇し続け、アクティブインバータの始動動作電圧を超えると、インバータが動作を開始し、DC 側から電力網にエネルギーをフィードバックします。DC バス電圧がインバータの動作電圧まで低下すると、アクティブインバータはオフになります。
ユニバーサル周波数変換器は、アクティブインバータを使用して、モーターの減速およびブレーキ中に生成される回生エネルギーを電力網にフィードバックすることにより、従来のブレーキ抵抗器の使用によって引き起こされる低い効率と急速ブレーキおよび頻繁な正転/逆転の要件を満たすことの難しさを克服し、ユニバーサル周波数変換器を4象限で動作させることができます。
1) エネルギーフィードバック制御システム
完全なエネルギーフィードバック制御システムは、位相、電圧、電流などの制御条件を満たす必要があり、フィードバックプロセスはグリッド位相と同期する必要があり、アクティブインバータデバイスはDCバス電圧が特定の値を超えた場合にのみ起動する必要があります。システムはフィードバック電流の大きさを制御し、それによってモーターのブレーキトルクを制御し、正確なブレーキを実現できる必要があります。
2) 2種類のユニバーサル周波数変換器エネルギーフィードバックユニット
従来、エネルギーフィードバックユニットの主回路は主にサイリスタとIGBTで構成されていました。近年、一部の新しいタイプのエネルギーフィードバックユニットでは、IPMなどのインテリジェントモジュールも採用され、エネルギーフィードバックユニットのシステム構造が簡素化されています。
（１）サイリスタエネルギーフィードバックユニット：
エネルギーフィードバック主回路はサイリスタ素子で構成されており、これも初期のエネルギーフィードバックユニットです。周波数変換器だけでなく、一部の直流可逆速度制御システムのブレーキにも使用されています。
① 汎用周波数変換器の正転運転状態：モータが通電状態にあるとき、周波数変換器の整流器は作動しているが、エネルギーフィードバックユニット内のサイリスタ素子は作動せず遮断状態にあり、整流器は順方向に作動している。インバータの制御可能なインバータ部は作動し、制御不能な逆整流部は遮断状態にあり、インバータは正転運転している。
② 汎用周波数変換器の逆動作状態：モータが発電状態にある場合、周波数変換器の整流器は遮断状態にあり、エネルギーフィードバックユニット内のサイリスタ素子が作動します。インバータの制御可能なインバータ部は作動状態のままであり、制御不能な逆整流部は作動状態にあり、インバータは逆動作しています。
（２）IGBTエネルギーフィードバックユニット：
エネルギーフィードバック主回路は、一般的な周波数変換器で最も一般的に使用されているIGBT素子で構成されています。IGBT素子に内蔵されたフリーホイールダイオードは、直流側に接続される絶縁ダイオードの制限により、整流素子として使用できません。そのため、サイリスタエネルギーフィードバックユニットよりもコストが高くなります。
① 汎用周波数変換器の正転動作状態：モータが通電状態にあるとき、周波数変換器の整流器は動作し、エネルギーフィードバックユニット内のIGBT素子は作動せず遮断状態にあり、整流器は正転方向に動作します。インバータ内のIGBT素子は作動し、制御されていない逆整流部は遮断状態にあり、インバータは正転動作を続けます。
② 汎用周波数変換器の逆動作状態：モータが発電状態にあるとき、周波数変換器の整流器は遮断状態にあり、エネルギーフィードバックユニット内のIGBT素子が作動します。インバータ内のIGBT素子は依然として作動状態にあり、制御されていない逆整流部が動作しているため、インバータは逆動作をします。