주파수 변환기용 에너지 피드백 장치 공급업체는 현재 AC 주파수 변환 속도 제어 시스템에서 단순 에너지 소비 제동이 널리 사용되고 있으며, 이는 전기 에너지 낭비, 심각한 저항 발열, 그리고 빠른 제동 성능 저하 등의 단점을 가지고 있음을 알려드립니다. 비동기 전동기가 빈번하게 제동하는 경우, 피드백 제동을 사용하는 것은 매우 효과적인 에너지 절약 방법이며 제동 중 환경 및 장비 손상을 방지합니다. 전기 기관차 및 석유 채굴과 같은 산업에서 만족스러운 결과를 얻었습니다. 새로운 전력 전자 장치의 지속적인 등장, 비용 효율성 향상, 그리고 에너지 절약 및 소비 감소에 대한 사람들의 인식 증가로 인해, 피드백 제동은 광범위한 적용 가능성을 가지고 있습니다.
피드백 제동 원리
가변 주파수 속도 조절 시스템에서는 주파수를 점진적으로 낮춤으로써 모터의 감속 및 정지를 달성합니다. 주파수가 감소하는 순간, 모터의 동기 속도도 그에 따라 감소합니다. 그러나 기계적 관성으로 인해 모터의 회전자 속도는 변하지 않고 속도 변화에 일정 시간 지연이 발생합니다. 이때 실제 속도는 주어진 속도보다 커지게 되어 모터의 역기전력 e가 주파수 변환기의 직류 단자 전압 u보다 높은 상황, 즉 e>u가 발생합니다. 이 시점에서 전기 모터는 발전기가 되어 전력망에서 전원을 공급받을 필요가 없을 뿐만 아니라 전력망으로 전기를 보낼 수도 있습니다. 이는 제동 효과가 좋을 뿐만 아니라 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전력망으로 보내 에너지를 회수할 수 있어 일석이조의 효과를 가져옵니다. 물론 이를 위해서는 자동 제어를 위한 에너지 피드백 장치가 필요합니다. 또한, 에너지 피드백 회로에는 교류 및 직류 리액터, 저항 용량 흡수기, 전자 스위치 등이 포함되어야 합니다.
잘 알려진 바와 같이, 일반 주파수 변환기의 브리지 정류기 회로는 3상 제어가 불가능하여 직류 회로와 전원 공급 장치 간에 양방향 에너지 전달이 불가능합니다. 이 문제를 해결하는 가장 효과적인 방법은 능동 인버터 기술을 사용하는 것이며, 정류기 부분은 가역 정류기, 즉 계통 측 변환기를 채택합니다. 계통 측 인버터를 제어함으로써 회생된 전기 에너지는 계통과 동일한 주파수, 위상, 주파수를 갖는 교류 전력으로 변환되고, 이를 계통으로 피드백하여 제동을 수행합니다. 이전에는 능동 인버터 유닛이 주로 사이리스터 회로를 사용했는데, 이는 고장 발생 가능성이 없는 안정적인 계통 전압(계통 전압 변동이 10%를 초과하지 않는)에서만 안전하게 피드백 동작을 수행할 수 있었습니다. 이러한 유형의 회로는 고장 발생 가능성이 없는 안정적인 계통 전압(계통 전압 변동이 10%를 초과하지 않는)에서만 인버터의 피드백 동작을 안전하게 수행할 수 있습니다. 발전 제동 동작 중 계통 전압 제동 시간이 2ms를 초과하면 정류 고장이 발생하고 부품이 손상될 수 있습니다. 또한, 심층 제어 시 이 방식은 역률이 낮고 고조파 성분이 높으며 정류가 중첩되어 전력망 전압 파형의 왜곡을 유발합니다. 제어가 복잡하고 비용이 많이 듭니다. 완전 제어 장치의 실용화를 통해 PWM 제어를 사용하는 초퍼 제어 가역 컨버터가 개발되었습니다. 이러한 방식으로 계통 측 인버터의 구조는 PWM 제어를 사용하는 인버터의 구조와 완전히 동일합니다.
위 분석을 통해 인버터의 에너지 피드백 제동을 진정으로 달성하기 위해서는 계통 측 인버터를 제어하는 것이 핵심임을 알 수 있습니다. 본 글에서는 완전 제어 장치와 PWM 제어 방식을 활용한 계통 측 인버터의 제어 알고리즘에 대해 중점적으로 설명합니다.
피드백 제동 특성
엄밀히 말하면, 계통측 인버터는 정류기와 인버터 기능을 모두 수행할 수 있기 때문에 단순히 "정류기"라고 부를 수 없습니다. 자가 차단 장치를 사용함으로써 적절한 PWM 모드를 통해 AC 전류의 크기와 위상을 제어할 수 있으며, 이를 통해 입력 전류가 사인파에 가까워지고 시스템의 역률이 항상 1에 가까워집니다. 모터 감속 제동으로 인버터에서 회생된 전력이 DC 전압을 증가시키면, AC 입력 전류의 위상을 전원 전압의 위상과 반대로 변경하여 회생 동작을 수행하고, 회생 전력을 AC 전력망으로 되돌려 보내면서 시스템은 DC 전압을 지정된 값으로 유지할 수 있습니다. 이 경우, 계통측 인버터는 활성 인버터 상태로 동작합니다. 이를 통해 양방향 전력 흐름을 용이하게 구현하고 빠른 동적 응답 속도를 얻을 수 있습니다. 동시에, 이 토폴로지 구조는 시스템이 AC와 DC 측 간의 무효 전력과 유효 전력 교환을 완벽하게 제어할 수 있도록 하여 최대 97%의 효율과 상당한 경제적 이점을 제공합니다. 열 손실은 제동 에너지 소비량의 1%에 불과하며, 전력망을 오염시키지 않습니다. 역률은 약 1로 친환경적입니다. 따라서 피드백 제동은 PWM AC 전송의 에너지 피드백 제동 시나리오, 특히 빈번한 제동이 필요한 상황에서 에너지 절약 운전에 널리 사용될 수 있습니다. 전기 모터의 출력 또한 높아 에너지 절약 효과가 큽니다. 운전 조건에 따라 평균 에너지 절약 효과는 약 20%입니다.