Furnizorii de echipamente de suport pentru convertizoare de frecvență vă reamintesc că în sistemele tradiționale de control al frecvenței, compuse din convertizoare de frecvență generale, motoare asincrone și sarcini mecanice, atunci când sarcina potențială transmisă de motor este redusă, motorul poate fi într-o stare de frânare regenerativă; Sau când motorul decelerează de la viteză mare la viteză mică (inclusiv parcare), frecvența poate scădea brusc, dar din cauza inerției mecanice a motorului, acesta poate fi într-o stare de generare regenerativă de energie. Energia mecanică stocată în sistemul de transmisie este convertită în energie electrică de către motor și trimisă înapoi în circuitul de curent continuu al invertorului prin cele șase diode de rotire liberă ale invertorului. În acest moment, invertorul se află într-o stare redresată. În acest moment, dacă nu se iau măsuri pentru a consuma energie în convertorul de frecvență, această energie va determina creșterea tensiunii condensatorului de stocare a energiei din circuitul intermediar. Dacă frânarea este prea rapidă sau sarcina mecanică este un lift, această parte a energiei poate provoca deteriorarea convertorului de frecvență, așa că ar trebui să luăm în considerare această parte a energiei.
În general, în convertoarele de frecvență, există două metode cele mai utilizate pentru procesarea energiei regenerate:
(1) Disiparea în „rezistorul de frânare” montat artificial în paralel cu condensatorul în circuitul de curent continuu se numește stare de frânare dinamică;
(2) Dacă este retransmisă în rețeaua electrică, se numește stare de frânare cu feedback (cunoscută și sub denumirea de stare de frânare regenerativă). Există o altă metodă de frânare, și anume frânarea în curent continuu, care poate fi utilizată în situațiile în care este necesară parcarea precisă sau când motorul de frânare se rotește neregulat din cauza factorilor externi înainte de pornire.
Mulți experți au discutat despre proiectarea și aplicarea frânării cu acționare a frecvenței variabile în cărți și publicații, în special în ultima vreme, existând numeroase articole despre „frânarea cu feedback energetic”. Astăzi, autorul prezintă un nou tip de metodă de frânare, care are avantajele funcționării în patru cadrane cu „frânare cu feedback” și o eficiență operațională ridicată, precum și beneficiile „frânării cu consum energetic” pentru o rețea electrică fără poluare și o fiabilitate ridicată.
Consumul de energie la frânare
Metoda de utilizare a rezistenței de frânare setate în circuitul de curent continuu pentru a absorbi energia electrică regenerativă a motorului se numește frânare cu consum de energie.
Avantajul său este construcția simplă; Nu poluează rețeaua electrică (comparativ cu controlul cu feedback), cost redus; Dezavantajul este eficiența scăzută în funcționare, în special în timpul frânărilor frecvente, care va consuma o cantitate mare de energie și va crește capacitatea rezistenței de frânare.
În general, în convertoarele de frecvență generale, convertoarele de frecvență de mică putere (sub 22 kW) sunt echipate cu o unitate de frânare încorporată, care necesită doar o rezistență de frânare externă. Convertoarele de frecvență de mare putere (peste 22 kW) necesită unități de frânare externe și rezistențe de frânare.
Frânare cu feedback
Pentru a realiza frânarea cu feedback energetic, sunt necesare condiții precum controlul tensiunii la aceeași frecvență și fază, controlul curentului de feedback etc. Se adoptă tehnologia invertorului activ pentru a inverti energia electrică regenerată în curent alternativ de aceeași frecvență și fază ca și rețeaua electrică și a o returna în rețea, realizând astfel frânarea.
Avantajul frânării cu feedback este că poate funcționa în patru cadrane, iar feedback-ul energiei electrice îmbunătățește eficiența sistemului. Dezavantajele sale sunt:
(1) Această metodă de frânare cu feedback poate fi utilizată numai în condiții de tensiune stabilă a rețelei, care nu este predispusă la defecțiuni (cu fluctuații ale tensiunii rețelei care nu depășesc 10%). Deoarece, în timpul funcționării frânării pentru producerea de energie electrică, dacă timpul de defect al tensiunii rețelei electrice este mai mare de 2 ms, pot apărea defecțiuni de comutație și componentele pot fi deteriorate.
(2) În timpul feedback-ului, există poluare armonică a rețelei electrice.
(3) Controlul este complex, iar costul este ridicat.
Nouă metodă de frânare (frânare cu feedback condensator)
Principiul circuitului principal
Partea de rectificare utilizează o punte redresoare comună incontrolabilă pentru rectificare, circuitul de filtrare utilizează un condensator electrolitic universal, iar circuitul de întârziere utilizează fie un contactor, fie un tiristor. Circuitul de încărcare și feedback este format dintr-un modul de putere IGBT, o reacție de încărcare și feedback L și un condensator electrolitic mare C (cu o capacitate de aproximativ câteva zecimi de metru, care poate fi determinată în funcție de sistemul de operare al convertorului de frecvență). Partea invertorului este compusă din IGBT-ul modulului de putere. Circuitul de protecție este compus din IGBT și o rezistență de putere.
1) Starea de funcționare a generării energiei motorului electric
CPU monitorizează tensiunea alternativă de intrare și tensiunea circuitului continuu (μd) în timp real și stabilește dacă trebuie să trimită un semnal de încărcare către VT1. Odată ce μd este mai mare decât valoarea corespunzătoare a tensiunii continue (cum ar fi 380VAC -530VDC) a tensiunii alternative de intrare, CPU oprește VT3 și încarcă condensatorul electrolitic C prin conducerea impulsurilor VT1. În acest moment, reactorul L și condensatorul electrolitic C sunt separate pentru a se asigura că acesta funcționează într-un interval sigur. Când tensiunea pe condensatorul electrolitic C se apropie de o valoare periculoasă (cum ar fi 370V) în timp ce sistemul este încă într-o stare de generare a energiei, iar energia electrică este trimisă continuu înapoi către circuitul continuu prin invertor, circuitul de siguranță joacă un rol în realizarea frânării consumului de energie (frânare cu rezistență), controlând oprirea și pornirea VT3 și, astfel, realizând consumul de energie în exces de către rezistența R. În general, această situație nu se produce.
(2) Starea de funcționare a motorului electric
Când procesorul detectează că sistemul nu se mai încarcă, acesta conduce impulsuri la VT3, creând o tensiune instantanee pozitivă la stânga și negativă la dreapta pe reactorul L. Combinată cu tensiunea de pe condensatorul electrolitic C, se poate realiza procesul de feedback energetic de la condensator la circuitul de curent continuu. CPU controlează frecvența de comutare și ciclul de funcționare al VT3 prin detectarea tensiunii pe condensatorul electrolitic C și a tensiunii din circuitul de curent continuu, controlând astfel curentul de feedback și asigurându-se că tensiunea circuitului de curent continuu νd nu devine prea mare.
Dificultăți de sistem
(1) Selecția reactoarelor
(a) Luăm în considerare particularitățile condițiilor de funcționare și presupunem că apare o anumită defecțiune în sistem, care determină accelerarea liberă și scăderea sarcinii energetice potențiale suportate de motor. În acest moment, motorul se află în starea de funcționare pentru generarea de energie.
Energia regenerată este trimisă înapoi în circuitul de curent continuu prin șase diode cu funcționare liberă, provocând o creștere a ∆ d și plasând rapid invertorul într-o stare de încărcare. În acest moment, curentul va fi foarte mare. Așadar, diametrul selectat al firului reactorului ar trebui să fie suficient de mare pentru a permite trecerea curentului în acest moment.
(b) În bucla de feedback, pentru a elibera cât mai multă energie electrică posibil înainte de următoarea încărcare a condensatorului electrolitic, alegerea unui miez de fier obișnuit (tablă de oțel siliciu) nu poate atinge obiectivul. Cel mai bine este să alegeți un miez de fier fabricat din ferită. Privind valoarea curentului considerată mai sus, se poate observa cât de mare este acest miez de fier. Nu se știe dacă există pe piață un miez de ferită de fier atât de mare. Chiar dacă ar exista unul, prețul său nu va fi cu siguranță foarte mic.
Așadar, autorul sugerează utilizarea câte o reactanță pentru fiecare circuit de încărcare și feedback.
(2) Dificultăți de control
(a) În circuitul de curent continuu al convertorului de frecvență, tensiunea νd este în general mai mare de 500VDC, în timp ce tensiunea de rezistență a condensatorului electrolitic C este de numai 400VDC, ceea ce indică faptul că controlul acestui proces de încărcare nu este similar cu metoda de control a frânării energetice (frânare cu rezistență). Căderea de tensiune instantanee generată pe reactor este νc=νd - νL, iar tensiunea de încărcare instantanee a condensatorului electrolitic C este νc=νd - νL. Pentru a se asigura că condensatorul electrolitic funcționează într-un interval sigur (≤ 400V), este necesar să se controleze eficient căderea de tensiune νL pe reactor, care, la rândul său, depinde de rata de variație instantanee a inductanței și curentului.
(b) În timpul procesului de feedback, este necesar să se prevină descărcarea energiei electrice de la condensatorul electrolitic C, care să provoace o tensiune excesivă de curent continuu prin reactor, rezultând o protecție la supratensiune în sistem.
Principalele scenarii de aplicare
Tocmai datorită superiorității acestei noi metode de frânare (frânarea cu feedback prin condensator) a convertoarelor de frecvență, mulți utilizatori au propus recent să echipeze acest sistem pe baza caracteristicilor echipamentelor lor. Odată cu extinderea domeniului de aplicare al convertoarelor de frecvență, această tehnologie de aplicare va avea perspective mari de dezvoltare. Mai exact, este utilizată în principal în industrii precum ascensoarele miniere (pentru transportul de persoane sau încărcarea materialelor), vagoanele miniere înclinate (cu un singur tub sau cu două țevi) și utilajele de ridicat. În orice caz, dispozitivele de feedback energetic pot fi utilizate în situațiile care le necesită.