Leveranciers van ondersteunende apparatuur voor frequentieomvormers herinneren u eraan dat in traditionele frequentieregelsystemen, bestaande uit algemene frequentieomvormers, asynchrone motoren en mechanische belastingen, de motor in een regeneratieve remtoestand kan komen wanneer de potentiële belasting die door de motor wordt overgedragen, wordt verlaagd. Of wanneer de motor vertraagt van hoge snelheid naar lage snelheid (inclusief parkeren), kan de frequentie plotseling afnemen, maar door de mechanische traagheid van de motor kan deze in een regeneratieve stroomopwekkingstoestand komen. De mechanische energie die in het transmissiesysteem is opgeslagen, wordt door de motor omgezet in elektrische energie en via de zes vrijloopdiodes van de omvormer teruggevoerd naar het gelijkstroomcircuit van de omvormer. Op dat moment bevindt de omvormer zich in een gelijkgerichte toestand. Als er op dat moment geen maatregelen worden genomen om energie in de frequentieomvormer te verbruiken, zal deze energie de spanning van de energieopslagcondensator in de tussenkring doen stijgen. Als er te snel wordt geremd of de mechanische belasting een hijswerktuig is, kan dit deel van de energie schade aan de frequentieomvormer veroorzaken. Daarom moeten we rekening houden met dit deel van de energie.
In het algemeen worden bij frequentieregelaars twee methoden het meest gebruikt voor de verwerking van geregenereerde energie:
(1) De dissipatie in de kunstmatig parallel aan de condensator in het gelijkstroomcircuit geplaatste "remweerstand" wordt de dynamische remtoestand genoemd;
(2) Indien de rem teruggevoerd wordt naar het elektriciteitsnet, spreekt men van een terugkoppelingsremtoestand (ook wel regeneratieve remtoestand genoemd). Er is nog een andere remmethode, namelijk gelijkstroomremmen, die kan worden gebruikt in situaties waarin nauwkeurig parkeren vereist is of wanneer de remmotor onregelmatig draait door externe factoren voordat deze start.
Veel experts hebben het ontwerp en de toepassing van remmen met frequentieregelaars besproken in boeken en publicaties. Vooral de laatste tijd zijn er veel artikelen verschenen over "energieterugkoppelingsremmen". Vandaag presenteert de auteur een nieuw type remmethode, met de voordelen van vierkwadrantenwerking met "terugkoppelingsremmen" en een hoge bedrijfsefficiëntie, evenals de voordelen van "energieverbruiksremmen" voor een vervuilingsvrij elektriciteitsnet en een hoge betrouwbaarheid.
Energieverbruik remmen
De methode waarbij de remweerstand in het DC-circuit wordt gebruikt om de regeneratieve elektrische energie van de motor te absorberen, wordt energieverbruikremmen genoemd.
Het voordeel is de eenvoudige constructie; er is geen vervuiling van het elektriciteitsnet (vergeleken met terugkoppelingsregeling), de kosten zijn laag; het nadeel is de lage bedrijfsefficiëntie, vooral bij veelvuldig remmen, waardoor er veel energie wordt verbruikt en de capaciteit van de remweerstand toeneemt.
In het algemeen zijn frequentieomvormers met een laag vermogen (onder 22 kW) uitgerust met een ingebouwde remeenheid, die alleen een externe remweerstand nodig heeft. Frequentieomvormers met een hoog vermogen (boven 22 kW) hebben externe remeenheden en remweerstanden nodig.
Feedbackremmen
Om energieterugkoppeling te realiseren, zijn voorwaarden zoals spanningsregeling op dezelfde frequentie en fase, terugkoppelingsstroomregeling, enz. vereist. Actieve invertertechnologie wordt gebruikt om geregenereerde elektrische energie om te zetten in wisselstroom met dezelfde frequentie en fase als het elektriciteitsnet en deze terug te leveren aan het net, waardoor remmen mogelijk wordt.
Het voordeel van terugkoppelingsremmen is dat het in vier kwadranten kan werken, en de terugkoppeling van elektrische energie verbetert de efficiëntie van het systeem. De nadelen zijn:
(1) Deze terugkoppelingsremmethode kan alleen worden gebruikt bij een stabiele netspanning die niet gevoelig is voor storingen (netspanningsschommelingen van maximaal 10%). Dit komt doordat tijdens het remmen van de stroomopwekking, als de netspanningsfouttijd langer is dan 2 ms, er commutatiefouten kunnen optreden en de componenten beschadigd kunnen raken.
(2) Tijdens de terugkoppeling is er sprake van harmonische vervuiling van het elektriciteitsnet.
(3) De controle is complex en de kosten zijn hoog.
Nieuwe remmethode (condensator-feedbackremmen)
Hoofdcircuitprincipe
Het gelijkrichtgedeelte gebruikt een gemeenschappelijke, onregelbare gelijkrichterbrug voor de gelijkrichting, het filtercircuit gebruikt een universele elektrolytische condensator en het vertragingscircuit gebruikt een contactor of een thyristor. Het laad- en terugkoppelcircuit bestaat uit een IGBT-vermogensmodule, een laad- en terugkoppelreactor L en een grote elektrolytische condensator C (met een capaciteit van ongeveer enkele tienden van een meter, die kan worden bepaald op basis van het besturingssysteem van de frequentieomvormer). Het invertergedeelte bestaat uit een IGBT-vermogensmodule. Het beveiligingscircuit bestaat uit een IGBT en een vermogensweerstand.
1) Status van de werking van de opwekking van elektriciteit door elektromotoren
De CPU bewaakt de ingangswisselspanning en de gelijkspanning (μd) in realtime en bepaalt of er een laadsignaal naar VT1 moet worden gestuurd. Zodra μd hoger is dan de corresponderende gelijkspanning (bijvoorbeeld 380 VAC - 530 VDC) van de ingangswisselspanning, schakelt de CPU VT3 uit en laadt de elektrolytische condensator C op via pulsgeleiding van VT1. Op dit moment worden de reactor L en de elektrolytische condensator C gescheiden om ervoor te zorgen dat de elektrolytische condensator C binnen een veilig bereik werkt. Wanneer de spanning op de elektrolytische condensator C een gevaarlijke waarde (bijvoorbeeld 370 V) nadert terwijl het systeem nog in een stroomopwekkingstoestand verkeert en de elektrische energie continu via de omvormer naar het gelijkspanningscircuit wordt teruggestuurd, speelt het veiligheidscircuit een rol bij het bereiken van het energieverbruikremmen (weerstandsremmen), het regelen van het in- en uitschakelen van VT3 en zo het verbruik van overtollige energie door weerstand R realiseren. Over het algemeen doet deze situatie zich niet voor.
(2) Bedrijfsstatus van de elektromotor
Wanneer de CPU detecteert dat het systeem niet meer oplaadt, pulst hij VT3, waardoor er direct een positieve linker- en een negatieve rechterspanning op reactor L ontstaat. In combinatie met de spanning op elektrolytische condensator C kan energiefeedback van de condensator naar het gelijkstroomcircuit worden gerealiseerd. De CPU regelt de schakelfrequentie en duty cycle van VT3 door de spanning op elektrolytische condensator C en de spanning in het gelijkstroomcircuit te detecteren. Zo wordt de feedbackstroom geregeld en wordt ervoor gezorgd dat de spanning ν d in het gelijkstroomcircuit niet te hoog wordt.
Systeemproblemen
(1) Selectie van reactoren
(a) We houden rekening met de specifieke bedrijfsomstandigheden en gaan ervan uit dat er een bepaalde fout in het systeem optreedt, waardoor de potentiële energiebelasting van de motor vrij versnelt en daalt. Op dat moment bevindt de motor zich in een toestand van stroomopwekking.
De geregenereerde energie wordt via zes vrijloopdioden teruggestuurd naar het gelijkstroomcircuit, wat een toename van ∆d veroorzaakt en de omvormer snel in een laadtoestand brengt. Op dit moment zal de stroom zeer hoog zijn. De gekozen diameter van de reactordraad moet daarom groot genoeg zijn om de stroom op dit moment door te laten.
(b) In de terugkoppelingslus, om zoveel mogelijk elektrische energie vrij te geven vóór de volgende lading van de elektrolytische condensator, kan het gebruik van een gewone ijzeren kern (siliciumstaalplaat) dit doel niet bereiken. Het is het beste om een ijzeren kern van ferrietmateriaal te kiezen. Kijkend naar de hierboven beschouwde stroomsterkte, is te zien hoe groot deze ijzeren kern is. Het is onbekend of er zo'n grote ferrietijzeren kern op de markt is. Zelfs als die er is, zal de prijs ervan zeker niet erg laag zijn.
Daarom stelt de auteur voor om voor elk laad- en feedbackcircuit één reactor te gebruiken.
(2) Moeilijkheden bij de controle
(a) In het DC-circuit van de frequentieomvormer is de spanning ν d doorgaans hoger dan 500 V DC, terwijl de doorslagspanning van elektrolytische condensator C slechts 400 V DC bedraagt. Dit geeft aan dat de regeling van dit laadproces niet vergelijkbaar is met de regeling van energieremmen (weerstandsremmen). De momentane spanningsval die over de reactor wordt gegenereerd, en de momentane laadspanning van elektrolytische condensator C, is ν c = ν d - ν L. Om ervoor te zorgen dat de elektrolytische condensator binnen een veilig bereik (≤ 400 V) werkt, is het noodzakelijk om de spanningsval ν L over de reactor effectief te regelen, die op zijn beurt afhangt van de momentane veranderingssnelheid van inductie en stroom.
(b) Tijdens het feedbackproces is het ook noodzakelijk om te voorkomen dat de ontlading van elektrische energie van de elektrolytische condensator C een te hoge DC-circuitspanning door de reactor veroorzaakt, wat resulteert in overspanningsbeveiliging in het systeem.
Belangrijkste toepassingsscenario's
Juist vanwege de superioriteit van deze nieuwe remmethode (remmen met condensatorfeedback) van frequentieomvormers hebben veel gebruikers recentelijk voorgesteld om dit systeem uit te rusten op basis van de kenmerken van hun apparatuur. Met de uitbreiding van het toepassingsgebied van frequentieomvormers zal deze toepassingstechnologie grote ontwikkelingsperspectieven bieden. Het wordt met name gebruikt in sectoren zoals mijnliften (voor het vervoeren van personen of het laden van materialen), hellende mijnwagens (enkele of dubbele buis) en hefwerktuigen. Energiefeedbackapparaten kunnen in ieder geval worden gebruikt in situaties waarin dat nodig is.