Leverandører av energitilbakemeldingsenheter minner deg om at frekvensomformere ofte støter på ulike problemer under feilsøking og bruk, der overspenning er det vanligste. Etter at overspenning oppstår, vil frekvensomformerens overspenningsvern aktiveres for å forhindre skade på den interne kretsen, noe som fører til at frekvensomformeren stopper og dermed ikke fungerer som den skal.
Derfor må det iverksettes tiltak for å eliminere overspenning og forhindre at det oppstår feil. På grunn av de ulike bruksscenariene for frekvensomformere og motorer, er årsakene til overspenning også forskjellige, så tilsvarende tiltak bør iverksettes i henhold til den spesifikke situasjonen.
Generering av overspenning i frekvensomformer og regenerativ bremsing
Den såkalte overspenningen til en frekvensomformer refererer til situasjonen der spenningen til frekvensomformeren overstiger nominell spenning av forskjellige årsaker, noe som hovedsakelig manifesterer seg i likespenningen til frekvensomformerens likestrømsbuss.
Under normal drift er likespenningen til frekvensomformeren gjennomsnittsverdien etter trefase fullbølgelikerettering. Hvis den beregnes basert på en 380 V nettspenning, er den gjennomsnittlige likespenningen Ud = 1,35 U på nett = 513 V.
Når det oppstår overspenning, vil energilagringskondensatoren på DC-bussen lades. Når spenningen stiger til rundt 700 V (avhengig av modell), vil overspenningsvernet til frekvensomformeren aktiveres.
Det er to hovedårsaker til overspenning i frekvensomformere: overspenning i effekt og regenerativ overspenning.
Overspenning på strømforsyningen refererer til situasjonen der DC-busspenningen overstiger nominell verdi på grunn av for høy spenning i strømforsyningen. I dag kan inngangsspenningen til de fleste frekvensomformere nå opptil 460 V, så overspenning forårsaket av strømforsyningen er ekstremt sjelden.
Hovedproblemet som diskuteres i denne artikkelen er regenerering av overspenning.
Hovedårsakene til å generere regenerativ overspenning er som følger: når belastningen på GD2 (svinghjulsmoment) deselererer, er deselerasjonstiden som er satt av frekvensomformeren for kort;
Motoren utsettes for eksterne krefter (som vifter og strekkmaskiner) eller potensielle belastninger (som heiser og kraner) når den senkes. På grunn av disse årsakene er motorens faktiske hastighet høyere enn den kommanderte hastigheten til frekvensomformeren, noe som betyr at motorens rotorhastighet overstiger den synkrone hastigheten. På dette tidspunktet er motorens slurningshastighet negativ, og retningen på rotorviklingen som skjærer det roterende magnetfeltet er motsatt av motorens tilstand. Det elektromagnetiske dreiemomentet som genereres av det er bremsemomentet som hindrer rotasjonsretningen. Dermed er den elektriske motoren faktisk i en genererende tilstand, og lastens kinetiske energi «regenereres» til elektrisk energi.
Den regenerative energien lades til likestrømsenergilagringskondensatoren til omformeren gjennom omformerens friløpsdiode, noe som får likestrømsbusspenningen til å stige, noe som kalles regenerativ overspenning. Dreiemomentet som genereres under prosessen med å regenerere overspenning er motsatt av det opprinnelige dreiemomentet, som er bremsemomentet. Derfor er prosessen med å regenerere overspenning også prosessen med regenerativ bremsing.
Med andre ord, eliminering av regenerativ energi øker bremsemomentet. Hvis den regenerative energien ikke er stor, har omformeren og motoren selv en regenerativ bremsekapasitet på 20, og denne delen av den elektriske energien vil bli forbrukt av omformeren og motoren. Hvis denne energien overstiger forbrukskapasiteten til frekvensomformeren og motoren, vil kondensatoren i likestrømskretsen bli overladet, og overspenningsvernfunksjonen til frekvensomformeren vil bli aktivert, noe som fører til at driften stopper. For å unngå denne situasjonen er det nødvendig å kvitte seg med denne energien i tide, samtidig som bremsemomentet økes, som er formålet med regenerativ bremsing.
Tiltak for å forhindre overspenning i frekvensomformere
På grunn av ulike årsaker til overspenning, er tiltakene som iverksettes også forskjellige. For overspenningsfenomenet som oppstår under parkering, hvis det ikke er spesielle krav til parkeringstid eller plassering, kan metoden med å forlenge retardasjonstiden til frekvensomformeren eller fri parkering brukes til å løse det. Den såkalte fri parkeringen refererer til at frekvensomformeren kobler fra hovedbryteren, slik at motoren kan gli fritt og stoppe.
Hvis det er visse krav til parkeringstid eller parkeringssted, kan likestrømsbremsefunksjonen brukes.
DC-bremsefunksjonen er å bremse motoren til en viss frekvens, og deretter påføre likestrøm til motorens statorvikling for å danne et statisk magnetfelt.
Motorrotorviklingen kutter dette magnetfeltet og genererer et bremsemoment, som omdanner lastens kinetiske energi til elektrisk energi og forbruker den i form av varme i motorrotorkretsen. Derfor er denne typen bremsing også kjent som energikrevende bremsing. Prosessen med likestrømsbremsing inkluderer faktisk to prosesser: regenerativ bremsing og energikrevende bremsing. Denne bremsemetoden har en effektivitet på bare 30–60 % av regenerativ bremsing, og bremsemomentet er relativt lite. Fordi energiforbruk i motoren kan forårsake overoppheting, bør ikke bremsetiden være for lang.
Dessuten stilles startfrekvensen, bremsetiden og bremsespenningen for likestrømsbremsing inn manuelt og kan ikke justeres automatisk basert på nivået av regenerativ spenning. Derfor kan ikke likestrømsbremsing brukes til overspenning generert under normal drift, og kan kun brukes til bremsing under parkering.
For overspenning forårsaket av for høy GD2 (svinghjulsmoment) på lasten under retardasjon (fra høy hastighet til lav hastighet uten å stoppe), kan metoden med å forlenge retardasjonstiden brukes til å løse dette. Faktisk benytter denne metoden også prinsippet om regenerativ bremsing. Forlengelse av retardasjonstiden styrer kun omformerens ladehastighet via lastens regenerative spenning, slik at omformerens regenerative bremsekapasitet utnyttes på en rimelig måte. Når det gjelder laster som forårsaker at motoren er i en regenerativ tilstand på grunn av eksterne krefter (inkludert potensiell energiutløsning), er den regenerative energien for høy til å bli forbrukt av frekvensomformeren selv, siden de normalt opererer i en bremsetilstand. Derfor er det umulig å bruke likestrømsbremsing eller forlenge retardasjonstiden.
Sammenlignet med likestrømsbremsing har regenerativ bremsing et høyere bremsemoment, og størrelsen på bremsemomentet kan styres automatisk av bremseenheten til frekvensomformeren i henhold til lastens nødvendige bremsemoment (dvs. nivået av regenerativ energi). Derfor er regenerativ bremsing best egnet for å gi bremsemoment til lasten under normal drift.
Metode for regenerativ bremsing med frekvensomforming:
1. Energikrevende type:
Denne metoden innebærer å parallellkoble en bremsemotstand i likestrømskretsen til en frekvensomformer, og kontrollere av/på-en til en effekttransistor ved å detektere likestrømsbusspenningen. Når likestrømsbusspenningen stiger til rundt 700 V, leder effekttransistoren, og sender den regenererte energien inn i motstanden og forbruker den i form av termisk energi, og forhindrer dermed økning av likestrømsspenningen. På grunn av manglende evne til å utnytte regenerert energi, tilhører den energiforbrukende typen. Som en energiforbrukende type er forskjellen fra likestrømsbremsing at den forbruker energi på bremsemotstanden utenfor motoren, slik at motoren ikke overopphetes og kan arbeide oftere.
2. Parallell DC-bussabsorpsjonstype:
Passer for flermotordrevne systemer (som strekkmaskiner), der hver motor krever en frekvensomformer, flere frekvensomformere deler en nettsideomformer, og alle omformere er koblet parallelt til en felles DC-buss. I dette systemet er det ofte én eller flere motorer som fungerer normalt i bremsetilstand. Motoren i bremsetilstand dras av andre motorer for å generere regenerativ energi, som deretter absorberes av motoren i elektrisk tilstand gjennom en parallell DC-buss. Hvis den ikke kan absorberes fullt ut, vil den bli forbrukt gjennom en delt bremsemotstand. Den regenererte energien her absorberes delvis og utnyttes, men føres ikke tilbake til strømnettet.
3. Energitilbakemeldingstype:
Nettsideomformeren av energitilbakekoblingstypen er reversibel. Når regenerativ energi genereres, mater den reversible omformeren den regenerative energien tilbake til nettet, slik at den regenerative energien kan utnyttes fullt ut. Men denne metoden krever høy stabilitet i strømforsyningen, og ved et plutselig strømbrudd vil det oppstå inversjon og velting.