Frekvences pārveidotāja atbalsta iekārtu piegādātāji atgādina, ka tradicionālajās frekvences vadības sistēmās, kas sastāv no vispārējiem frekvences pārveidotājiem, asinhronajiem motoriem un mehāniskām slodzēm, kad motora pārraidītā potenciālā slodze samazinās, motors var atrasties reģeneratīvās bremzēšanas stāvoklī; vai arī, kad motors palēninās no liela ātruma līdz mazam ātrumam (ieskaitot stāvēšanu), frekvence var pēkšņi samazināties, bet motora mehāniskās inerces dēļ tas var atrasties reģeneratīvās enerģijas ģenerēšanas stāvoklī. Pārvades sistēmā uzkrātā mehāniskā enerģija tiek pārveidota par elektroenerģiju motorā un caur sešām invertora brīvgaitas diodēm nosūtīta atpakaļ uz invertora līdzstrāvas ķēdi. Šajā brīdī invertors ir rektificētā stāvoklī. Šajā brīdī, ja netiek veikti nekādi pasākumi, lai patērētu enerģiju frekvences pārveidotājā, šī enerģija izraisīs enerģijas uzkrāšanas kondensatora sprieguma paaugstināšanos starpposma ķēdē. Ja bremzēšana ir pārāk ātra vai mehāniskā slodze ir pārāk liela, šī enerģijas daļa var sabojāt frekvences pārveidotāju, tāpēc mums jāņem vērā šī enerģijas daļa.
Vispārīgi runājot, frekvences pārveidotājos ir divas visbiežāk izmantotās reģenerētās enerģijas apstrādes metodes:
(1) Izkliedēšanu "bremzēšanas rezistorā", kas mākslīgi iestatīts paralēli kondensatoram līdzstrāvas ķēdē, sauc par dinamiskās bremzēšanas stāvokli;
(2) Ja tas tiek padots atpakaļ uz elektrotīklu, to sauc par atgriezeniskās saites bremzēšanas stāvokli (pazīstams arī kā reģeneratīvās bremzēšanas stāvoklis). Ir vēl viena bremzēšanas metode, proti, līdzstrāvas bremzēšana, ko var izmantot situācijās, kad nepieciešama precīza novietošana stāvvietā vai ja bremzēšanas motors pirms iedarbināšanas griežas nevienmērīgi ārēju faktoru dēļ.
Daudzi eksperti grāmatās un publikācijās ir apsprieduši mainīgas frekvences piedziņas bremzēšanas projektēšanu un pielietojumu, īpaši pēdējā laikā ir bijuši daudzi raksti par "enerģijas atgriezeniskās saites bremzēšanu". Šodien autors piedāvā jauna veida bremzēšanas metodi, kurai ir četru kvadrantu darbības priekšrocības ar "atgriezeniskās saites bremzēšanu" un augstu darbības efektivitāti, kā arī "enerģijas patēriņa bremzēšanas" priekšrocības piesārņojuma nesaturošam elektrotīklam un augstai uzticamībai.
Enerģijas patēriņš bremzēšanā
Līdzstrāvas ķēdē iestatītā bremzēšanas rezistora izmantošanas metodi, lai absorbētu motora reģeneratīvo elektrisko enerģiju, sauc par enerģijas patēriņa bremzēšanu.
Tā priekšrocība ir vienkārša konstrukcija; Nav piesārņojuma elektrotīklā (salīdzinājumā ar atgriezeniskās saites vadību), zemas izmaksas; Trūkums ir zema darbības efektivitāte, īpaši biežas bremzēšanas laikā, kas patērēs lielu enerģijas daudzumu un palielinās bremzēšanas rezistora jaudu.
Parasti frekvences pārveidotāju vidū mazjaudas frekvences pārveidotāji (zem 22 kW) ir aprīkoti ar iebūvētu bremzēšanas bloku, kam nepieciešams tikai ārējs bremzēšanas rezistors. Lieljaudas frekvences pārveidotājiem (virs 22 kW) ir nepieciešamas ārējās bremzēšanas iekārtas un bremzēšanas rezistori.
Atgriezeniskās saites bremzēšana
Lai panāktu enerģijas atgriezeniskās saites bremzēšanu, ir nepieciešami tādi apstākļi kā sprieguma kontrole tajā pašā frekvencē un fāzē, atgriezeniskās saites strāvas kontrole utt. Tā izmanto aktīvā invertora tehnoloģiju, lai invertētu reģenerēto elektrisko enerģiju maiņstrāvas enerģijā ar tādu pašu frekvenci un fāzi kā elektrotīkls un atgrieztu to tīklā, tādējādi panākot bremzēšanu.
Atgriezeniskās saites bremzēšanas priekšrocība ir tā, ka tā var darboties četros kvadrantos, un elektriskās enerģijas atgriezeniskā saite uzlabo sistēmas efektivitāti. Tās trūkumi ir:
(1) Šo atgriezeniskās saites bremzēšanas metodi var izmantot tikai stabila tīkla sprieguma apstākļos, kas nav pakļauts kļūmēm (tīkla sprieguma svārstībām nepārsniedzot 10 %). Jo elektroenerģijas ražošanas bremzēšanas darbības laikā, ja elektrotīkla sprieguma kļūmes laiks ir lielāks par 2 ms, var rasties komutācijas kļūme un komponenti var tikt bojāti.
(2) Atgriezeniskās saites laikā elektrotīklā rodas harmonisks piesārņojums.
(3) Kontrole ir sarežģīta un izmaksas ir augstas.
Jauna bremzēšanas metode (kondensatora atgriezeniskās saites bremzēšana)
Galvenās ķēdes princips
Taisngrieža daļa taisngriešanai izmanto parastu nevadāmu taisngrieža tiltiņu, filtrēšanas shēma izmanto universālu elektrolītisko kondensatoru, bet aizkaves shēma izmanto vai nu kontaktoru, vai tiristoru. Uzlādes un atgriezeniskās saites shēma sastāv no jaudas moduļa IGBT, uzlādes un atgriezeniskās saites reaktora L un liela elektrolītiskā kondensatora C (ar aptuveni dažu desmitdaļu metra ietilpību, ko var noteikt atbilstoši frekvences pārveidotāja operētājsistēmai). Invertora daļa sastāv no jaudas moduļa IGBT. Aizsardzības shēma sastāv no IGBT un jaudas rezistora.
1) Elektromotora enerģijas ģenerēšanas darbības statuss
Centrālais procesors (CPU) reāllaikā uzrauga ieejas maiņstrāvas spriegumu un līdzstrāvas ķēdes spriegumu (μd) un nosaka, vai nosūtīt uzlādes signālu uz VT1. Kad μd ir lielāks par atbilstošo ieejas maiņstrāvas sprieguma līdzstrāvas sprieguma vērtību (piemēram, 380 V maiņstrāva - 530 V līdzstrāva), centrālais procesors izslēdz VT3 un uzlādē elektrolītisko kondensatoru C, izmantojot VT1 impulsu vadīšanu. Šajā laikā reaktors L un elektrolītiskais kondensators C tiek atdalīti, lai nodrošinātu, ka elektrolītiskais kondensators C darbojas drošā diapazonā. Kad spriegums uz elektrolītiskā kondensatora C tuvojas bīstamai vērtībai (piemēram, 370 V), kamēr sistēma joprojām ir enerģijas ražošanas stāvoklī, un elektriskā enerģija nepārtraukti tiek sūtīta atpakaļ uz līdzstrāvas ķēdi caur invertoru, drošības ķēde spēlē lomu enerģijas patēriņa bremzēšanas (pretestības bremzēšanas) nodrošināšanā, kontrolējot VT3 izslēgšanu un ieslēgšanu, tādējādi realizējot rezistora R liekās enerģijas patēriņu. Parasti šāda situācija nerodas.
(2) Elektromotora darbības statuss
Kad centrālais procesors (CPU) nosaka, ka sistēma vairs neuzlādējas, tas impulsveidā vada VT3, radot momentānu kreiso pozitīvo un labo negatīvo spriegumu reaktorā L. Apvienojumā ar spriegumu elektrolītiskajā kondensatorā C var panākt enerģijas atgriezeniskās saites procesu no kondensatora uz līdzstrāvas ķēdi. CPU kontrolē VT3 komutācijas frekvenci un darba ciklu, nosakot spriegumu elektrolītiskajā kondensatorā C un spriegumu līdzstrāvas ķēdē, tādējādi kontrolējot atgriezeniskās saites strāvu un nodrošinot, ka līdzstrāvas ķēdes spriegums ν d nekļūs pārāk augsts.
Sistēmas grūtības
(1) Reaktoru izvēle
(a) Mēs ņemam vērā darbības apstākļu īpatnības un pieņemam, ka sistēmā rodas noteikts defekts, kas izraisa motora nestās potenciālās enerģijas slodzes brīvu paātrināšanos un kritumu. Šajā laikā motors atrodas enerģijas ražošanas darbības stāvoklī,
Reģenerētā enerģija tiek nosūtīta atpakaļ uz līdzstrāvas ķēdi caur sešām brīvgaitas diodēm, izraisot ∆ d pieaugumu un ātri pārslēdzot invertoru uzlādes stāvoklī. Šajā laikā strāva būs ļoti liela. Tāpēc izvēlētajam reaktora vada diametram jābūt pietiekami lielam, lai šajā laikā strāva tiktu cauri.
(b) atgriezeniskās saites cilpā, lai pirms nākamās elektrolītiskā kondensatora uzlādes atbrīvotu pēc iespējas vairāk elektriskās enerģijas, parastā dzelzs kodola (silīcija tērauda loksnes) izvēle nevar sasniegt mērķi. Vislabāk ir izvēlēties dzelzs kodolu, kas izgatavots no ferīta materiāla. Aplūkojot iepriekš minēto strāvas vērtību, var redzēt, cik liels ir šis dzelzs kodols. Nav zināms, vai tirgū ir tik liels ferīta dzelzs kodols. Pat ja tāds ir, tā cena noteikti nebūs ļoti zema.
Tāpēc autors iesaka izmantot vienu reaktoru katrai uzlādes un atgriezeniskās saites ķēdei.
(2) Kontroles grūtības
(a) Frekvences pārveidotāja līdzstrāvas ķēdē spriegums ν d parasti ir lielāks par 500 VDC, savukārt elektrolītiskā kondensatora C izturības spriegums ir tikai 400 VDC, kas norāda, ka šī uzlādes procesa vadība nav līdzīga enerģijas bremzēšanas (pretestības bremzēšanas) vadības metodei. Reaktorā ģenerētais momentānais sprieguma kritums ir , un elektrolītiskā kondensatora C momentānais uzlādes spriegums ir ν c = ν d - ν L. Lai nodrošinātu, ka elektrolītiskais kondensators darbojas drošā diapazonā (≤ 400 V), ir nepieciešams efektīvi kontrolēt sprieguma kritumu ν L uz reaktora, kas savukārt ir atkarīgs no induktivitātes un strāvas momentānās izmaiņas ātruma.
(b) Atgriezeniskās saites procesa laikā ir arī jānovērš elektrolītiskā kondensatora C elektriskās enerģijas izlāde, kas izraisa pārmērīgu līdzstrāvas ķēdes spriegumu caur reaktoru, kā rezultātā sistēmā tiek nodrošināta pārsprieguma aizsardzība.
Galvenie lietošanas scenāriji
Tieši šīs jaunās frekvences pārveidotāju bremzēšanas metodes (kondensatora atgriezeniskās saites bremzēšanas) pārākuma dēļ daudzi lietotāji nesen ir ierosinājuši aprīkot šo sistēmu, pamatojoties uz savu iekārtu īpašībām. Paplašinoties frekvences pārveidotāju pielietojuma jomai, šai pielietojuma tehnoloģijai būs lielas attīstības perspektīvas. Konkrēti, to galvenokārt izmanto tādās nozarēs kā raktuvju pacēlāji (cilvēku pārvadāšanai vai materiālu iekraušanai), slīpie raktuvju vagoni (vienas vai divu cauruļu) un celšanas iekārtas. Jebkurā gadījumā enerģijas atgriezeniskās saites ierīces var izmantot situācijās, kad tās ir nepieciešamas.