Поставщики устройств обратной связи по энергии для преобразователей частоты напоминают, что в традиционных системах управления частотой, состоящих из преобразователей частоты, 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 до низкой (включая стояночный режим) частота может резко снизиться, но из-за механической инерции двигателя он может перейти в режим рекуперативной генерации энергии. Существует два метода управления рекуперативной энергией преобразователя частоты: один из них — метод резистивного разряда энергии; другой — метод обратной связи. Метод обратной связи представляет собой структуру «двойной ШИМ», состоящую из полностью управляемых коммутирующих элементов, но его высокая стоимость ограничивает его широкое применение. Ниже представлено введение в новый метод обратной связи для рекуперации энергии в преобразователе частоты.
Принцип работы энергетической обратной связи
Обратная связь рекуперативной энергии заключается в возврате накопленной электроэнергии на обоих концах фильтрующего конденсатора, вырабатываемой двигателем в режиме рекуперативного торможения, в электросеть. Для работы цепи обратной связи должны быть выполнены два условия:
(1) При нормальной работе преобразователя частоты устройство обратной связи не работает. Оно работает только при превышении определённого значения напряжения на шине постоянного тока. При снижении напряжения на шине постоянного тока до нормы устройство обратной связи следует своевременно отключить, иначе оно увеличит нагрузку на выпрямительную цепь.
(2) Ток обратной связи инвертора должен быть управляемым.
Инверторная секция
Тиристоры V1-V6 образуют трёхфазную мостовую схему инвертора. Тиристоры обладают такими преимуществами, как низкая стоимость, простота управления, надёжность работы и отработанная технология. Однако тиристоры являются полууправляемыми компонентами, и схема инвертора, состоящая из тиристоров, должна обеспечивать минимальный угол инвертора более 30°, в противном случае это легко может привести к отказу инвертора, но это делает нормальное напряжение шины постоянного тока выше напряжения инвертора. Схема инвертора, состоящая из тиристоров, может запустить инвертор, выдавая запускающий импульс, но не может остановить инвертор, отменяя запускающий импульс. Если запускающий импульс отменяется во время инвертирования, это приведёт к серьёзным последствиям сбоя инвертирования. Поэтому для остановки инвертора необходимо использовать метод отключения цепи постоянного тока.
Функция VT двойная: одна - управление пуском или остановкой схемы инвертора. При включении VT постоянное напряжение подается на мост инвертора для запуска инвертора; при выключении VT цепь постоянного тока отключается, и инвертор останавливается (в это время импульс запуска необязателен). Нормальное напряжение шины постоянного тока составляет приблизительно 600 В постоянного тока (с учетом колебания напряжения сети ± 10%). Пуск и остановка инвертора зависят от величины напряжения шины постоянного тока и используют гистерезисное управление. Когда напряжение шины постоянного тока выше 1,2 × 600 В, инвертор запускается, а когда оно ниже 1,1 × 600 В, инвертор выключается. Другая функция VT - управление величиной тока инвертора.
Управление током инвертора
При реверсе напряжение шины постоянного тока и напряжение инвертора подключаются параллельно с одинаковой полярностью, при этом напряжение шины выше напряжения инвертора. Индуктивность L используется для компенсации разницы напряжений. Управление трансформатором напряжения может осуществляться методом ШИМ с гистерезисом тока, который в данном случае и используется.
Когда iL < I Α L-IL, VT проводит; Постоянное напряжение тока прикладывается к индуктору L и мосту инвертора, образуя ток в пути 1, и ток iL начинает расти; Когда iL становится выше I3 L+IL, VT выключается, и индуктор продолжает течь через диод D. Ток iL начинает уменьшаться. Когда iL падает до I3 L-IL, VT снова проводит, и iL снова начинает расти. Благодаря изменениям включения/выключения VT ток инвертора iL поддерживается на заданном значении I3, и независимо от того, как изменяется пиковое значение напряжения инвертора, из-за использования высокочастотного управления ключом индуктивность L может поддерживаться очень малой.
Подводя итог, можно сказать, что проводимость ТН должна одновременно отвечать двум условиям: (1) постоянное напряжение Uc выше установленного верхнего предела напряжения; (2) ток инвертора iL меньше установленного нижнего предела тока.
Отключение ТН должно осуществляться при одном из двух условий: (1) когда постоянное напряжение Uc ниже установленного нижнего предела напряжения; (2) когда ток инвертора iL превышает установленный верхний предел.
Во избежание частого переключения ТН используется гистерезисное управление напряжением Uc и током iL, а ширина петли представляет собой разницу между установленными верхним и нижним пределами.
Расчет индуктивности
Для упрощения расчета и пренебрежения мгновенным изменением напряжения инвертора Vd Β, которое считается постоянной величиной, можно получить следующее уравнение: L diL dt=Uc Ud Β Решая уравнение, получаем t1=2ILL Uc Ud Β, где IL - ширина гистерезиса тока;
Uc – напряжение постоянного тока; Uд В - среднее значение напряжения инвертора.
В интервале t2 VT выключается и напряжение продолжает течь через D.
Существует следующее уравнение: L diL dt=- Ud Β Решение: t2=2ILL Ud Β Период прерывания: T=t1+t2=2ILLUc Ud Β (Uc Ud Β) Частота прерывания: f=Ud Β (Uc Ud Β) Индуктивность IILLUc: L=Ud Β (Uc Ud Β) 2ILUCf. Из вышеприведенного уравнения следует, что при очень высокой частоте f индуктивность L очень мала. Это отличается от типичных схем тиристорных инверторов. Вышеприведенную формулу можно использовать в качестве основы для выбора индуктивности.
Расчет тока разряда конденсатора
Только при проводящем VT возможен разрядный ток конденсатора. Следовательно, среднее значение разрядного тока равно: Ic=t1 TI 3 L. Подставляя эту формулу в формулу для расчета цикла прерывания, получаем: Ic=Ud Β Uc I 3 L