Поставщики устройств обратной связи по энергии для преобразователей частоты напоминают, что в традиционных системах управления частотой, состоящих из преобразователей частоты общего назначения, асинхронных двигателей и механических нагрузок, при снижении потенциальной нагрузки, передаваемой двигателем, двигатель может перейти в режим рекуперативного торможения. Или при замедлении двигателя с высокой скорости на низкую (включая стояночный режим) частота может резко снизиться, но из-за механической инерции двигателя он может перейти в режим рекуперативного торможения. Механическая энергия, накопленная в системе передачи, преобразуется двигателем в электрическую и возвращается в цепь постоянного тока преобразователя частоты через шесть обратных диодов. В этот момент преобразователь частоты находится в состоянии выпрямления. Если не принять мер по потреблению энергии преобразователем частоты, эта энергия приведет к повышению напряжения на накопительном конденсаторе в промежуточной цепи. Если торможение слишком быстрое или механическая нагрузка представляет собой подъёмный механизм, эта энергия может повредить преобразователь частоты, поэтому следует рассмотреть вопрос об использовании этой энергии.
В преобразователях частоты общего назначения используются два основных способа управления рекуперативной энергией: (1) рассеивание её в «тормозном резисторе», искусственно подключённом параллельно конденсатору в цепи постоянного тока, что называется режимом силового торможения; (2) обратная подача энергии в электросеть называется режимом торможения с обратной связью (также известным как режим рекуперативного торможения). Существует ещё один метод торможения, а именно торможение постоянным током, который может использоваться в ситуациях, когда требуется точная стоянка или когда тормозной двигатель вращается неравномерно из-за внешних факторов перед запуском.
С развитием технологии преобразования частоты конструкция и применение торможения с помощью преобразователя частоты, особенно новый метод торможения «торможение с обратной связью по энергии», обладают преимуществами «торможения с обратной связью» и высокой эксплуатационной эффективностью, а также преимуществами «торможения с потреблением энергии», не загрязняющего электросеть и обладающего высокой надежностью.
Энергопотребление при торможении
Метод использования тормозного резистора, установленного в цепи постоянного тока, для поглощения рекуперативной электрической энергии двигателя называется торможением с потреблением энергии, его преимуществом является простота конструкции; отсутствие загрязнения электросети (по сравнению с управлением с обратной связью), низкая стоимость; недостатком является низкая эффективность работы, особенно при частом торможении, которое потребляет большое количество энергии и увеличивает емкость тормозного резистора.
Как правило, маломощные преобразователи частоты (до 22 кВт) оснащены встроенным тормозным блоком, для которого требуется только внешний тормозной резистор. Преобразователи частоты высокой мощности (выше 22 кВт) требуют использования внешних тормозных блоков и тормозных резисторов.
Торможение с обратной связью
Для достижения торможения с обратной связью по энергии требуются такие условия, как управление напряжением на той же частоте и фазе, управление током обратной связи и т. д. Он использует технологию активного инвертора для преобразования рекуперированной электроэнергии в переменный ток той же частоты и фазы, что и электросеть, и возврата ее в сеть, тем самым достигая торможения. Преимущество торможения с обратной связью заключается в том, что обратная связь по электроэнергии повышает эффективность системы. Его недостаток заключается в том, что: (1) этот метод торможения с обратной связью может использоваться только при стабильном напряжении сети, которое не склонно к сбоям (колебания напряжения сети не более 10%). Поскольку во время работы торможения выработки электроэнергии, если время сбоя напряжения электросети превышает 2 мс, может произойти сбой коммутации и компоненты могут быть повреждены. (2) Во время обратной связи в электросеть вносятся гармонические загрязнения. (3) Управление сложное, а стоимость высока.
Новый метод торможения (торможение с конденсаторной обратной связью)
Технология обратной связи по энергии использует IGBT в качестве выпрямительного моста, а функциональный модуль IGBT обеспечивает двунаправленный поток энергии, используя высокоскоростные микросхемы DSP для генерации управляющих импульсов ШИМ. С одной стороны, он может возвращать накопленную в конденсаторе электрическую энергию в сеть; с другой стороны, входной коэффициент мощности также может регулироваться для устранения гармонических искажений в сети.
В процессе потребления энергии цифровой сигнальный процессор блока управления выпрямлением генерирует 6 высокочастотных ШИМ-импульсов для управления проводимостью и отсечкой 6 IGBT на стороне выпрямления. Проводимость и отсечка IGBT совместно с реакторами формируют синусоидальный ток, соответствующий фазе входного напряжения, что позволяет устранить гармоники, генерируемые выпрямительным мостом, и снизить гармоническое загрязнение электросети.
В режиме генерации энергии энергия возвращается в шину постоянного тока через диод на стороне инвертора, и по мере накопления напряжение на шине постоянного тока также увеличивается. При превышении определённого значения активируется схема обратной связи по энергии на стороне выпрямителя, преобразуя постоянный ток в переменный. После корректировки фазы и амплитуды напряжение возвращается в сеть переменного тока, что обеспечивает энергосбережение.