Dodávatelia podporných zariadení pre frekvenčné meniče pripomínajú, že v tradičnom systéme riadenia frekvencie pozostávajúcom z univerzálnych frekvenčných meničov, asynchrónnych motorov a mechanických záťaží, keď sa bitová energetická záťaž poháňaná motorom vybije, motor sa môže nachádzať v stave regeneratívneho brzdenia; alebo keď sa motor spomalí z vysokej rýchlosti na nízku rýchlosť (vrátane zastavenia), frekvencia môže klesnúť, ale v dôsledku mechanickej zotrvačnosti motora sa motor môže nachádzať v stave regeneratívneho generovania energie a uložená mechanická energia v prenosovom systéme sa elektromotorom premení na elektrickú energiu, ktorá sa cez šesť diód s kontinuálnym prúdom vracia do jednosmerného obvodu meniča.
Vo všeobecnosti sa vo frekvenčných meničoch používajú dve najčastejšie používané metódy spracovania obnoviteľnej energie:
(1) „Brzdný odpor“ paralelne s umelo nastaveným kondenzátorom v jednosmernom obvode sa nazýva stav dynamického brzdenia;
(2) aby sa vrátil späť do siete, nazýva sa to stav spätnoväzbového brzdenia (tiež známy ako stav regeneratívneho brzdenia). Existuje aj metóda brzdenia, a to jednosmerné brzdenie, ktoré sa môže použiť v situáciách vyžadujúcich presné parkovanie alebo nerovnomerné otáčanie motorovej brzdy pred štartom v dôsledku vonkajších faktorov.
V knihách a publikáciách sa mnoho odborníkov venuje návrhu a aplikácii invertorového brzdenia, najmä v poslednej dobe sa objavilo veľa článkov o „energetickom spätnoväzobnom brzdení“. Dnes autor ponúka nový typ brzdnej metódy, ktorá má výhody štvorkvadrantovej prevádzky „spätnoväzobného brzdenia“, vysokej prevádzkovej účinnosti a tiež výhody „energetického brzdenia“ pre sieť bez znečistenia a vysokej spoľahlivosti.
Energetická brzda
Využitie brzdného odporu nastaveného v jednosmernom obvode na absorbovanie obnoviteľnej elektrickej energie motora sa nazýva brzdenie so spotrebou energie.
Jeho výhodami sú jednoduchá konštrukcia; žiadne znečistenie siete (v porovnaní so spätnou väzbou), nízke náklady; nevýhodou je nízka prevádzková účinnosť, najmä keď časté brzdenie spotrebuje veľa energie a zvyšuje sa kapacita brzdného odporu.
Vo všeobecnosti má frekvenčný menič s malým výkonom (pod 22 kW) zabudovanú brzdnú jednotku, stačí pridať brzdný odpor. Frekvenčný menič s vysokým výkonom (nad 22 kW) vyžaduje externú brzdnú jednotku a brzdný odpor.
Spätná väzba brzdy
Na dosiahnutie brzdenia so spätnou väzbou energie je potrebné riadenie napätia, frekvencie a fázy, riadenie spätnej väzby prúdu a ďalšie podmienky. Ide o použitie technológie aktívneho reverzného prúdenia, ktorá spätne prenáša striedavý prúd z obnoviteľných zdrojov do siete s rovnakou frekvenciou a fázou späť do siete, čím sa dosahuje brzdenie.
Výhodou spätnoväzobného brzdenia je, že môže prebiehať v štyroch kvadrantoch, ako je znázornené na obrázku 3, pričom spätná väzba elektrickej energie zlepšuje účinnosť systému. Jeho nevýhody sú:
(1), túto metódu spätnoväzbového brzdenia je možné použiť iba pri stabilnom sieťovom napätí, ktoré ľahko nezlyhá (kolísanie sieťového napätia nie je väčšie ako 10 %). Pretože pri zapnutej brzde generátora energie je čas výpadku sieťového napätia dlhší ako 2 ms, môže dôjsť k fázovej zmene a poškodeniu zariadenia.
(2) V spätnej väzbe dochádza k harmonickému znečisteniu siete.
(3) Zložité ovládanie, vysoké náklady.
Nový typ brzdenia (kapacitné brzdenie so spätnou väzbou)
Princíp hlavného obvodu
Usmerňovacia časť používa na usmernenie spoločný neriaditeľný usmerňovací mostík, filtračný obvod používa spoločný elektrolytický kondenzátor, oneskorovací obvod používa stýkač alebo riaditeľný kremík. Nabíjací, spätnoväzobný smerovací výkonový modul IGBT, nabíjací, spätnoväzobný rezistor L a veľký elektrolytický kondenzátor C (kapacita je približne nula bodov, dá sa určiť podľa operačného systému, v ktorom sa nachádza frekvenčný menič). Časť meniča pozostáva z výkonového modulu IGBT. Ochranný obvod pozostáva z IGBT a výkonového rezistora.
(1) Prevádzkový stav generátora energie elektromotora
CPU monitoruje v reálnom čase vstupné striedavé napätie a napätie jednosmerného obvodu νd a rozhoduje o odoslaní nabíjacieho signálu do VT1. Keď je νd vyššie ako vstupné striedavé napätie zodpovedajúce hodnote jednosmerného napätia (napr. 380VAC - 530VDC) na určitú hodnotu, CPU vypne VT3 a impulzným vedením VT1 sa dosiahne proces nabíjania elektrolytického kondenzátora C. V tomto okamihu sa rezistor L rozdelí na elektrolytický kondenzátor C, čím sa zabezpečí, že elektrolytický kondenzátor C pracuje v bezpečnom rozsahu.
(2) Prevádzkový stav elektrického motora
Keď CPU zistí, že systém už nie je nabitý, vyšle impulz na VT3, takže na vodiči na rezistore L sa okamžite vytvorí záporné napätie vľavo a vpravo (ako je znázornené na ikone). Napätie na elektrolytickom kondenzátore C navyše umožňuje spätnú väzbu energie z kondenzátora do jednosmerného obvodu. CPU riadi spínaciu frekvenciu VT3 a pomer neobsadenosti detekciou napätia a napätia jednosmerného obvodu na elektrolytickom kondenzátore C, čím riadi spätnoväzobný prúd, aby sa zabezpečilo, že napätie νd v jednosmernom obvode sa nezdá byť príliš vysoké.
Problémy so systémom
(1) Výber rezistora
(a) Berieme do úvahy osobitosti prevádzkových podmienok za predpokladu, že systém má nejaký druh poruchy, ktorá vedie k voľnému zrýchleniu záťaže vrtáka nachádzajúceho sa v motore, keď je motor v stave výroby energie.
Obnoviteľná energia sa vracia do jednosmerného obvodu cez šesť diód s kontinuálnym prúdom, čo spôsobuje nárast νd a rýchle uvedenie frekvenčného meniča do stavu nabitia, v ktorom bude prúd veľký. Preto by mal byť zvolený priemer vodiča rezistora dostatočne veľký, aby v tomto čase prechádzal prúd.
(b) v spätnoväzobnej slučke, aby sa elektrolytický kondenzátor pred ďalším nabitím uvoľnilo čo najviac elektrickej energie, výber bežného železného jadra (kremíkový oceľový plech) nie je schopný dosiahnuť tento účel, najlepšie je zvoliť železné jadro vyrobené z oxidu železitého a potom sa pozrieť na vyššie uvedenú úvahu o aktuálnej hodnote, ktorá je taká veľká, môžete vidieť, aké veľké je toto železné jadro. Neviem, či je na trhu také veľké železné jadro, aj keď áno, jeho cena určite nebude veľmi nízka.
Preto navrhujem, aby nabíjacie aj spätnoväzobné obvody používali elektrický odpor.
(2) Ťažkosti s kontrolou
(a) V jednosmernom obvode frekvenčného meniča je napätie νd vo všeobecnosti vyššie ako 500 VDC a odporové napätie elektrolytického kondenzátora C je iba 400 VDC. Je zrejmé, že riadenie tohto procesu nabíjania nie je ako metóda riadenia energetického brzdenia (odporové brzdenie). Jeho prechodové napätie na rezistore sa zníži na νc = νd - νL. Aby sa zabezpečilo, že elektrolytický kondenzátor pracuje v bezpečnom rozsahu (≤ 400 V), je potrebné účinne riadiť úbytok napätia νL na rezistore. Úbytok napätia νL závisí od veľkosti indukčnosti a okamžitej rýchlosti zmeny prúdu.
(b) V procese spätnej väzby musí byť tiež zabránené tomu, aby elektrická energia uvoľnená elektrolytickým kondenzátorom C spôsobila nadmerné napätie jednosmerného obvodu cez rezistor, aby sa systém javil ako ochrana proti prepätiu.
Hlavné aplikácie a príklady aplikácií
Práve kvôli výhodám tohto nového typu brzdenia (kapacitné spätnoväzobné brzdenie) frekvenčného meniča v poslednej dobe mnoho používateľov navrhlo vybaviť tento systém charakteristikami svojho zariadenia. Vzhľadom na technické ťažkosti nie je známe, či takáto metóda brzdenia existuje aj v zahraničí. V súčasnosti iba spoločnosť Shandong Fengguan Electronics Co., Ltd. prešla na tento nový typ série banských výťahov s kapacitným spätnoväzobným brzdením z frekvenčného meniča, ktorý v minulosti používal spätnoväzobné brzdenie (stále sú v bežnej prevádzke 2), zatiaľ tento frekvenčný menič s kapacitným spätnoväzobným brzdením dlhodobo beží v uhoľnej bani Shandong Ningyang Security Coal Bane a v provincii Shanxi Taiyuan, čím vyplnila túto medzeru doma.
S rozšírením oblasti aplikácií frekvenčných meničov bude táto aplikačná technológia veľmi sľubná, najmä sa bude používať v závesných banských klietkach (s obsluhou alebo nakladacích), banských nákladných vozidlách so šikmými vrtmi (jedno- alebo dvojvalcových), zdvíhacích strojoch a ďalších odvetviach. Stručne povedané, možno využiť potrebu zariadení s energetickou spätnou väzbou.