Поставщик тормозного устройства с преобразователем частоты напоминает, что в промышленном производстве для повышения энергосберегающего эффекта и снижения потерь энергии при торможении необходимо рекуперировать энергию торможения и возвращать её в энергосистему. В настоящее время, когда различные регионы Китая испытывают дефицит электроэнергии в связи с быстрым экономическим развитием, внедрение и применение тормозов с обратной связью имеет важное значение для энергосбережения. Поэтому ускорение исследований и производства отечественной продукции имеет важное практическое значение.
В настоящее время простое энергосберегающее торможение широко используется в системах управления скоростью переменного тока с частотным регулированием. Однако его недостатки включают в себя потери электроэнергии, сильный нагрев сопротивления и низкую эффективность быстрого торможения. При частом торможении асинхронных двигателей использование торможения с обратной связью является весьма эффективным методом энергосбережения и позволяет избежать ущерба окружающей среде и оборудованию во время торможения. Удовлетворительные результаты были достигнуты в таких отраслях, как электровозостроение и нефтедобыча. Постоянное появление новых силовых электронных устройств, повышение экономической эффективности и повышение осведомленности людей в вопросах энергосбережения и снижения потребления энергии открывают широкие возможности для его применения.
Тормозное устройство с обратной энергетической связью особенно подходит для ситуаций, когда мощность двигателя велика, например, равна или превышает 100 кВт, момент инерции оборудования gd2 велик, и оно относится к системе с повторяющимся кратковременным непрерывным режимом работы. Переход с высокой скорости на низкую происходит быстро, время торможения короткое, а торможение требуется интенсивное. Для повышения энергосберегающего эффекта и снижения потерь энергии в процессе торможения необходимо рекуперировать энергию торможения и возвращать её в электросеть.
Принцип торможения с обратной связью
В системе регулирования скорости с переменной частотой замедление и остановка двигателя достигаются путем постепенного снижения частоты. В момент снижения частоты синхронная скорость двигателя соответственно уменьшается. Однако из-за механической инерции скорость ротора двигателя остается неизменной, а изменение его скорости происходит с определенной задержкой. В этот момент фактическая скорость будет больше заданной, что приведет к ситуации, когда противоэлектродвижущая сила e двигателя будет выше напряжения постоянного тока на клеммах u преобразователя частоты, то есть e>u. В этот момент электродвигатель становится генератором, который не только не требует питания от сети, но и может отдавать электроэнергию в сеть. Это не только обеспечивает хороший тормозной эффект, но и преобразует кинетическую энергию в электрическую, которую можно отправить в сеть для рекуперации энергии, убивая двух зайцев одним выстрелом. Конечно, для этого необходимо наличие блока устройства обратной связи по энергии для автоматического управления, как показано на принципиальной схеме на рисунке 1. Кроме того, цепь обратной связи по энергии должна включать в себя реакторы переменного и постоянного тока, резистивные емкостные поглотители, электронные ключи и т. д.
Принцип и характеристики торможения с обратной связью преобразователя частоты
Рисунок 1. Принципиальная схема цепи торможения с обратной связью преобразователя частоты
Как известно, мостовая схема выпрямителя в обычных преобразователях частоты является трёхфазной и неуправляемой, поэтому она не может обеспечить двунаправленную передачу энергии между цепью постоянного тока и источником питания. Наиболее эффективным способом решения этой проблемы является использование технологии активного инвертора, в которой выпрямительная часть использует реверсивный выпрямитель, также известный как преобразователь на стороне сети. Управляя инвертором на стороне сети, рекуперированная электрическая энергия преобразуется в переменный ток с той же частотой, фазой и частотой, что и сеть, и подается обратно в сеть для торможения. Ранее в активных инверторах в основном использовались тиристорные схемы, которые могли безопасно осуществлять обратную связь только при стабильном напряжении сети, не подверженном сбоям (колебания напряжения сети не более 10%). Такой тип схемы может безопасно осуществлять обратную связь инвертора только при стабильном напряжении сети, не подверженном сбоям (колебания напряжения сети не более 10%). Поскольку во время торможения выработки электроэнергии, если время торможения сетевого напряжения превышает 2 мс, может произойти сбой коммутации и повреждение компонентов. Кроме того, при глубоком управлении этот метод характеризуется низким коэффициентом мощности, высоким содержанием гармоник и перекрывающейся коммутацией, что приводит к искажению формы напряжения электросети. Это одновременно усложняет управление и повышает стоимость. С внедрением на практике полностью управляемых устройств были разработаны реверсивные преобразователи с управлением от прерывателя, использующие ШИМ-управление. Таким образом, структура инвертора на стороне сети полностью идентична структуре инвертора, использующего ШИМ-управление.
Из вышеприведенного анализа следует, что для реального достижения торможения инвертора с обратной энергетической связью ключевым моментом является управление инвертором со стороны сети.
Характеристики торможения с обратной связью
Строго говоря, инвертор со стороны сети нельзя назвать просто «выпрямителем», поскольку он может функционировать как выпрямитель, так и инвертор. Благодаря использованию устройств самовыключения, величину и фазу переменного тока можно регулировать с помощью соответствующего режима ШИМ, приближая входной ток к синусоиде и обеспечивая коэффициент мощности системы, всегда близкий к 1. Когда рекуперативная мощность, возвращаемая инвертором за счет торможения двигателем, увеличивает постоянное напряжение, фаза входного переменного тока может быть изменена на противоположную относительно фазы напряжения питания для обеспечения рекуперативного режима, и рекуперативная мощность может быть возвращена в сеть переменного тока, при этом система может поддерживать постоянное напряжение на заданном уровне. В этом случае инвертор со стороны сети работает в активном режиме. Это позволяет легко реализовать двунаправленный поток мощности и обеспечивает высокую скорость динамического реагирования. В то же время, такая топологическая структура позволяет системе полностью контролировать обмен реактивной и активной мощностью между сторонами переменного и постоянного тока с КПД до 97% и значительными экономическими преимуществами. Тепловые потери составляют 1% от потребляемой энергии при торможении, что не загрязняет электросеть. Коэффициент мощности составляет около 1, что является экологически безопасным. Таким образом, торможение с обратной связью может широко использоваться для энергосберегающей работы в сценариях торможения с обратной связью энергии в ШИМ-передачах переменного тока, особенно в ситуациях, когда требуется частое торможение. Мощность электродвигателя также высока, а эффект энергосбережения значителен. В зависимости от условий эксплуатации средний эффект энергосбережения составляет около 20% и более.