تأمینکنندگان واحد بازخورد انرژی به شما یادآوری میکنند که مبدلهای فرکانس اغلب در حین اشکالزدایی و استفاده با مشکلات مختلفی روبرو میشوند که از جمله آنها میتوان به اضافه ولتاژ اشاره کرد. پس از وقوع اضافه ولتاژ، به منظور جلوگیری از آسیب به مدار داخلی، عملکرد حفاظت اضافه ولتاژ مبدل فرکانس فعال میشود و باعث میشود مبدل فرکانس از کار بیفتد و در نتیجه دستگاه به درستی کار نکند.
بنابراین، باید اقداماتی برای حذف اضافه ولتاژ و جلوگیری از وقوع خطا انجام شود. با توجه به سناریوهای مختلف کاربرد مبدلهای فرکانس و موتورها، علل اضافه ولتاژ نیز متفاوت است، بنابراین باید اقدامات مربوطه با توجه به شرایط خاص انجام شود.
تولید اضافه ولتاژ در مبدل فرکانس و ترمز احیا کننده
The so-called overvoltage of a frequency converter refers to the situation where the voltage of the frequency converter exceeds the rated voltage due to various reasons, which is mainly manifested in the DC voltage of the frequency converter's DC bus.
During normal operation, the DC voltage of the frequency converter is the average value after three-phase full wave rectification. If calculated based on a 380V line voltage, the average DC voltage Ud=1.35U line=513V.
When overvoltage occurs, the energy storage capacitor on the DC bus will be charged. When the voltage rises to around 700V (depending on the model), the overvoltage protection of the frequency converter will be activated.
There are two main reasons for overvoltage in frequency converters: power overvoltage and regenerative overvoltage.
Power overvoltage refers to the situation where the DC bus voltage exceeds the rated value due to excessive power supply voltage. Nowadays, the input voltage of most frequency converters can reach up to 460V, so overvoltage caused by power supply is extremely rare.
The main issue discussed in this article is the regeneration of overvoltage.
The main reasons for generating regenerative overvoltage are as follows: when the load of GD2 (flywheel torque) decelerates, the deceleration time set by the frequency converter is too short;
The motor is subjected to external forces (such as fans and stretching machines) or potential loads (such as elevators and cranes) when lowered. Due to these reasons, the actual speed of the motor is higher than the commanded speed of the frequency converter, which means that the rotor speed of the motor exceeds the synchronous speed. At this time, the slip rate of the motor is negative, and the direction of the rotor winding cutting the rotating magnetic field is opposite to that of the motor state. The electromagnetic torque generated by it is the braking torque that hinders the direction of rotation. So the electric motor is actually in a generating state, and the kinetic energy of the load is' regenerated 'into electrical energy.
The regenerative energy is charged to the DC energy storage capacitor of the inverter through the freewheeling diode of the inverter, causing the DC bus voltage to rise, which is called regenerative overvoltage. The torque generated during the process of regenerating overvoltage is opposite to the original torque, which is the braking torque. Therefore, the process of regenerating overvoltage is also the process of regenerative braking.
In other words, eliminating regenerative energy increases braking torque. If the regenerative energy is not large, the inverter and motor themselves have a regenerative braking capacity of 20, and this part of the electrical energy will be consumed by the inverter and motor. If this energy exceeds the consumption capacity of the frequency converter and motor, the capacitor of the DC circuit will be overcharged, and the overvoltage protection function of the frequency converter will be activated, causing the operation to stop. To avoid this situation, it is necessary to dispose of this energy in a timely manner, while also increasing the braking torque, which is the purpose of regenerative braking.
Measures to prevent overvoltage of frequency converters
Due to different causes of overvoltage, the measures taken are also different. For the overvoltage phenomenon generated during parking, if there are no special requirements for parking time or location, the method of extending the deceleration time of the frequency converter or free parking can be used to solve it. The so-called free parking refers to the frequency converter disconnecting the main switch device, allowing the motor to slide freely and stop.
If there are certain requirements for parking time or parking location, DC braking function can be used.
The DC braking function is to slow down the motor to a certain frequency, and then apply DC power to the stator winding of the motor to form a static magnetic field.
The motor rotor winding cuts this magnetic field and generates a braking torque, which converts the kinetic energy of the load into electrical energy and consumes it in the form of heat in the motor rotor circuit. Therefore, this type of braking is also known as energy consuming braking. The process of DC braking actually includes two processes: regenerative braking and energy consumption braking. This braking method has an efficiency of only 30-60% of regenerative braking, and the braking torque is relatively small. Due to the fact that consuming energy into the motor can cause overheating, the braking time should not be too long.
Moreover, the starting frequency, braking time, and braking voltage of DC braking are all manually set and cannot be automatically adjusted based on the level of regenerative voltage. Therefore, DC braking cannot be used for overvoltage generated during normal operation and can only be used for braking during parking.
برای اضافه ولتاژ ناشی از GD2 بیش از حد (گشتاور چرخ طیار) بار در هنگام کاهش سرعت (از سرعت بالا به سرعت پایین بدون توقف)، میتوان از روش افزایش زمان کاهش سرعت به طور مناسب برای حل آن استفاده کرد. در واقع، این روش همچنین از اصل ترمز احیاکننده استفاده میکند. افزایش زمان کاهش سرعت فقط سرعت شارژ اینورتر را توسط ولتاژ احیاکننده بار کنترل میکند تا از ظرفیت ترمز احیاکننده خود اینورتر به طور معقول استفاده شود. در مورد بارهایی که به دلیل نیروهای خارجی (از جمله آزادسازی انرژی پتانسیل) باعث میشوند موتور در حالت احیاکننده قرار گیرد، از آنجایی که آنها به طور معمول در حالت ترمز کار میکنند، انرژی احیاکننده برای مصرف توسط خود مبدل فرکانس بسیار زیاد است. بنابراین، استفاده از ترمز DC یا افزایش زمان کاهش سرعت غیرممکن است.
در مقایسه با ترمز DC، ترمز احیاکننده گشتاور ترمز بالاتری دارد و میزان گشتاور ترمز را میتوان به طور خودکار توسط واحد ترمز مبدل فرکانس با توجه به گشتاور ترمز مورد نیاز بار (یعنی سطح انرژی احیاکننده) کنترل کرد. بنابراین، ترمز احیاکننده برای تأمین گشتاور ترمز برای بار در حین کار عادی مناسبترین است.
روش تبدیل فرکانس ترمز احیا کننده:
۱. نوع مصرف انرژی:
این روش شامل موازی کردن یک مقاومت ترمز در مدار DC یک مبدل فرکانس و کنترل روشن/خاموش کردن یک ترانزیستور قدرت با تشخیص ولتاژ باس DC است. هنگامی که ولتاژ باس DC به حدود ۷۰۰ ولت افزایش مییابد، ترانزیستور قدرت هدایت میکند، انرژی احیا شده را به مقاومت منتقل کرده و آن را به صورت انرژی حرارتی مصرف میکند و در نتیجه از افزایش ولتاژ DC جلوگیری میکند. به دلیل عدم توانایی در استفاده از انرژی احیا شده، این نوع از نوع مصرف انرژی است. به عنوان یک نوع مصرف انرژی، تفاوت آن با ترمز DC این است که انرژی را روی مقاومت ترمز خارج از موتور مصرف میکند، بنابراین موتور بیش از حد گرم نمیشود و میتواند بیشتر کار کند.
۲. نوع جذب باس DC موازی:
مناسب برای سیستمهای درایو چند موتوره (مانند ماشینهای کشش)، که در آن هر موتور به یک مبدل فرکانس نیاز دارد، چندین مبدل فرکانس یک مبدل سمت شبکه را به اشتراک میگذارند و همه اینورترها به صورت موازی به یک باس DC مشترک متصل میشوند. در این سیستم، اغلب یک یا چند موتور به طور عادی در حالت ترمز کار میکنند. موتور در حالت ترمز توسط موتورهای دیگر کشیده میشود تا انرژی احیاکننده تولید کند، که سپس توسط موتور در حالت الکتریکی از طریق یک باس DC موازی جذب میشود. اگر نتوان آن را به طور کامل جذب کرد، از طریق یک مقاومت ترمز مشترک مصرف میشود. انرژی احیاشده در اینجا تا حدی جذب و استفاده میشود، اما به شبکه برق بازگردانده نمیشود.
۳. نوع بازخورد انرژی:
مبدل سمت شبکه اینورتر از نوع فیدبک انرژی، برگشتپذیر است. هنگامی که انرژی احیاکننده تولید میشود، مبدل برگشتپذیر، انرژی احیاکننده را به شبکه فیدبک میدهد و امکان استفاده کامل از انرژی احیاکننده را فراهم میکند. اما این روش نیاز به پایداری بالای منبع تغذیه دارد و به محض قطع ناگهانی برق، وارونگی و واژگونی رخ خواهد داد.