V energetickom a elektrotechnickom priemysle sa frekvenčné meniče používajú hlavne na úsporu energie a zlepšenie výrobných procesov. Ako zariadenia na úsporu energie a reguláciu rýchlosti motorov sa široko používajú v metalurgii, energetike, zásobovaní vodou, rope, chemickom priemysle, uhoľnom priemysle a ďalších oblastiach. Podstatou jednotky energetickej spätnej väzby frekvenčného meniča je aktívna inverzia. Metóda implementácie jednotky energetickej spätnej väzby všeobecného frekvenčného meniča spočíva v dodávaní regenerovanej energie do siete pomocou antiparalelných trojfázových invertorov na neriadenom usmerňovači predného stupňa všeobecného frekvenčného meniča. Hlavný obvod jednotky energetickej spätnej väzby sa skladá hlavne z invertorového mostíka pozostávajúceho z tyristorov, IGBT, IPM modulov a niektorých periférnych obvodov.
Výstupný koniec mostíka meniča je pripojený k vstupným svorkám R, S a T frekvenčného meniča cez tri tlmivky a vstupný koniec je pripojený k kladnému pólu jednosmernej strany univerzálneho frekvenčného meniča cez izolačnú diódu, aby sa zabezpečil jednosmerný tok energie v smere „sieťového mostíka aktívneho meniča meniča frekvencie“. Funkciou tlmivky je vyrovnávať rozdiel napätia, obmedzovať prúd a filtrovať, pričom hrá kľúčovú úlohu v spätnej väzbe regeneratívnej energie do elektrickej siete.
Pracovný proces systému je nasledovný: keď motor beží, aktívne invertorové zariadenie nefunguje a všetky spínače invertora sú zablokované a vo vypnutom stave; keď je motor v stave regeneratívnej výroby energie, energia sa dodáva späť do siete motorom a aktívne invertorové zariadenie sa musí spustiť, aby fungovalo.
Aktivácia aktívneho invertorového zariadenia počas energetickej spätnej väzby je riadená veľkosťou jednosmerného napätia Ud frekvenčného meniča. Základom je, že keď je motor v elektrickom stave, jednosmerné napätie frekvenčného meniča zostáva v podstate konštantné. Keď je motor v stave generátorového brzdenia, regeneračná energia striedavého motora nabíja kondenzátor energie v strednom jednosmernom spoji frekvenčného meniča, čo spôsobuje zvýšenie napätia na jednosmernej zbernici. Pokiaľ je detekovaná veľkosť Ud, je možné určiť stav motora a riadiť aktívne invertorové zariadenie tak, aby sa dosiahla energetická spätná väzba.
Keď motor vracia energiu späť na stranu jednosmerného prúdu, čo spôsobí, že napätie jednosmernej zbernice prekročí špičkové napätie elektrickej siete, usmerňovací mostík univerzálneho frekvenčného meniča sa vypne v dôsledku spätného napätia; keď napätie jednosmernej zbernice naďalej stúpa a prekročí počiatočné pracovné napätie aktívneho meniča, menič sa spustí a dodáva energiu späť do siete zo strany jednosmerného prúdu; keď napätie jednosmernej zbernice klesne na prevádzkové napätie meniča, aktívny menič sa vypne.
Použitím aktívneho meniča na spätnú väzbu regeneratívnej energie generovanej počas spomaľovania a brzdenia motora do elektrickej siete dokáže univerzálny frekvenčný menič prekonať nízku účinnosť a ťažkosti so splnením požiadaviek na rýchle brzdenie a časté otáčanie dopredu/dozadu spôsobené tradičným používaním brzdných odporov, čo umožňuje univerzálnemu frekvenčnému meniču pracovať v štyroch kvadrantoch.
1) Systém riadenia spätnej väzby energie
Kompletný systém riadenia spätnej väzby energie by mal spĺňať riadiace podmienky fázy, napätia, prúdu atď., čo vyžaduje, aby proces spätnej väzby bol synchronizovaný s fázou siete a aby sa aktívne invertorové zariadenie spustil iba vtedy, keď napätie jednosmernej zbernice prekročí určitú hodnotu; systém by mal byť schopný riadiť veľkosť spätnoväzobného prúdu, a tým riadiť brzdný moment motora a dosahovať presné brzdenie.
2) Dva typy univerzálnych jednotiek spätnej väzby energie s meničom frekvencie
Predtým hlavný obvod jednotiek spätnej väzby energie pozostával prevažne z tyristorov a IGBT. V posledných rokoch niektoré nové typy jednotiek spätnej väzby energie využívajú aj inteligentné moduly, ako napríklad IPM, na zjednodušenie štruktúry systému jednotiek spätnej väzby energie.
(1) Tyristorová jednotka spätnej väzby energie:
Hlavný obvod energetickej spätnej väzby sa skladá z tyristorových zariadení, ktoré sú tiež skorými jednotkami energetickej spätnej väzby. Používajú sa nielen vo frekvenčných meničoch, ale aj pri brzdení niektorých jednosmerných reverzibilných systémov riadenia rýchlosti.
① Stav univerzálneho frekvenčného meniča v smere dopredu: Keď je motor v elektrickom stave, usmerňovač frekvenčného meniča pracuje, zatiaľ čo tyristorové zariadenie v jednotke spätnej väzby energie nie je spustené a je v stave vypnutia a usmerňovač pracuje v smere dopredu. Riaditeľná časť meniča je spustená, neriaditeľná časť spätného usmerňovania je v stave vypnutia a menič pracuje v smere dopredu.
② Reverzný prevádzkový stav univerzálneho frekvenčného meniča: Keď je motor v stave generovania, usmerňovač frekvenčného meniča je v stave vypnutia a tyristorové zariadenia v jednotke spätnej väzby energie sú aktivované. Riaditeľná časť meniča je stále aktivovaná, neriaditeľná časť spätného usmerňovania je v prevádzkovom stave a menič pracuje v reverznom smere.
(2) Jednotka spätnej väzby energie IGBT:
Hlavný obvod energetickej spätnej väzby sa skladá z IGBT zariadení, ktoré sa najčastejšie používajú vo všeobecných frekvenčných meničoch. Voľnobežná dióda integrovaná do IGBT zariadení sa nemôže použiť ako usmerňovacie zariadenie kvôli obmedzeniu izolačnej diódy pripojenej na jednosmernú stranu. Jej cena by mala byť vyššia ako cena tyristorovej jednotky energetickej spätnej väzby.
① Stav univerzálneho frekvenčného meniča v smere dopredu: Keď je motor v elektrickom stave, usmerňovač frekvenčného meniča pracuje, zatiaľ čo IGBT tranzistor v jednotke spätnej väzby energie nie je aktivovaný a je v stave vypnutia, a usmerňovač pracuje v smere dopredu. IGBT tranzistory v meniči sú aktivované a nekontrolovaná časť spätného usmerňovania je v stave vypnutia, zatiaľ čo menič pracuje v smere dopredu.
② Reverzný prevádzkový stav univerzálneho frekvenčného meniča: Keď je motor v stave generovania, usmerňovač frekvenčného meniča je v stave vypnutia a IGBT tranzistor v jednotke spätnej väzby energie je aktivovaný. IGBT tranzistory v meniči sú stále aktivované a nekontrolovaná časť spätnej usmerňovacej časti je v prevádzke, čo spôsobuje, že menič pracuje v reverznom smere.