Dobavitelji naprav za povratno zanko z energijo za frekvenčne pretvornike vas opominjajo, da se trenutno v sistemih za krmiljenje hitrosti s pretvorbo frekvence izmeničnega toka pogosto uporablja preprosto zaviranje s porabo energije, ki pa ima pomanjkljivosti, kot so izguba električne energije, močno segrevanje uporov in slaba zavorna zmogljivost. Ko asinhroni motorji pogosto zavirajo, je uporaba povratne zavore zelo učinkovita metoda varčevanja z energijo in preprečuje škodo za okolje in opremo med zaviranjem. Zadovoljivi rezultati so bili doseženi v panogah, kot sta električne lokomotive in pridobivanje nafte. Z nenehnim pojavom novih naprav za energetsko elektroniko, naraščajočo stroškovno učinkovitostjo in ozaveščenostjo ljudi o varčevanju z energijo in zmanjševanju porabe energije obstaja širok spekter možnosti uporabe.
Naprava za zaviranje z energijsko povratno zanko je še posebej primerna za situacije, ko je moč motorja velika, na primer večja ali enaka 100 kW, vztrajnostni moment opreme gd2 je velik in spada v sistem ponavljajočega se kratkotrajnega neprekinjenega delovanja. Zmanjšanje pojemka z visoke na nizko hitrost je veliko, čas zaviranja je kratek in potrebno je močno zaviranje. Za izboljšanje učinka varčevanja z energijo in zmanjšanje izgube energije med zaviranjem je treba energijo pojemka rekuperirati in jo oddati v električno omrežje, da se doseže učinek varčevanja z energijo.
Načelo povratnega zaviranja
V sistemu za regulacijo hitrosti s spremenljivo frekvenco se pojemanje in zaustavljanje motorja doseže s postopnim zmanjševanjem frekvence. V trenutku, ko se frekvenca zmanjša, se sinhrona hitrost motorja ustrezno zmanjša. Vendar pa zaradi mehanske vztrajnosti hitrost rotorja motorja ostane nespremenjena, sprememba hitrosti pa ima določen časovni zamik. V tem času bo dejanska hitrost večja od dane hitrosti, kar povzroči situacijo, ko je povratna elektromotorna sila e motorja višja od napetosti enosmernega priključka u frekvenčnega pretvornika, torej e>u. Na tej točki elektromotor postane generator, ki ne le ne potrebuje napajanja iz omrežja, ampak lahko tudi pošilja elektriko v omrežje. To ima ne le dober zavorni učinek, ampak tudi pretvarja kinetično energijo v električno energijo, ki jo je mogoče poslati v omrežje za pridobivanje energije, s čimer ubijemo dve muhi na en mah. Seveda mora za dosego tega obstajati enota za povratno zanko energije za avtomatsko krmiljenje. Poleg tega mora vezje za povratno zanko energije vključevati tudi izmenične in enosmerne dušilke, absorberje uporovne kapacitivnosti, elektronska stikala itd.
Kot je dobro znano, je vezje mostičnega usmernika splošnih frekvenčnih pretvornikov trifazno neobvladljivo, zato je nemogoče doseči dvosmerni prenos energije med enosmernim vezjem in napajalnikom. Učinkovita rešitev te težave je uporaba tehnologije aktivnega inverterja, pri čemer usmerniški del uporablja reverzibilni usmernik, znan tudi kot omrežni pretvornik. Z nadzorom omrežnega inverterja se regenerirana električna energija pretvori v izmenični tok z enako frekvenco, fazo in frekvenco kot omrežje ter se nato vrne v omrežje za zaviranje. Prej so aktivne inverterske enote uporabljale predvsem tiristorska vezja, ki so lahko varno izvajala povratno delovanje le pri stabilni omrežni napetosti, ki ni nagnjena k napakam (nihanja omrežne napetosti ne presegajo 10 %). Ta vrsta vezja lahko varno izvaja povratno delovanje inverterja le pri stabilni omrežni napetosti, ki ni nagnjena k napakam (nihanja omrežne napetosti ne presegajo 10 %). Ker med zaviranjem pri proizvodnji energije, če je čas zaviranja omrežne napetosti daljši od 2 ms, lahko pride do okvare komutacije in poškodbe komponent. Poleg tega ima ta metoda med globokim krmiljenjem nizek faktor moči, visoko vsebnost harmonikov in prekrivanje komutacije, kar povzroča popačenje valovne oblike napetosti električnega omrežja. Hkrati je krmiljenje kompleksno in stane veliko denarja. S praktično uporabo popolnoma krmiljenih naprav so ljudje razvili reverzibilne pretvornike, krmiljene s sekalnikom, ki uporabljajo PWM krmiljenje. Na ta način je struktura omrežnega razsmernika popolnoma enaka strukturi razsmernika, oba pa uporabljata PWM krmiljenje.
Iz zgornje analize je razvidno, da je za resnično doseganje zaviranja z energijsko povratno zanko razsmernika ključnega pomena krmiljenje razsmernika na strani omrežja. Naslednje besedilo se osredotoča na algoritem krmiljenja razsmernika na strani omrežja z uporabo popolnoma krmiljenih naprav in metode PWM krmiljenja.
algoritem krmiljenja
Krmilni algoritem za omrežne razsmernike običajno uporablja vektorski krmiljeni algoritem, kjer vdc, v * dc in △ vdc predstavljajo izmerjeno vrednost, dano vrednost in napako krmiljenja napetosti enosmernega vodila; id、i*d、 Δ id predstavlja izmerjeno vrednost, dano vrednost in napako krmiljenja osi d omrežnega razsmernika; iq、i*q、 Δ iq predstavlja izmerjeno vrednost, dano vrednost in napako krmiljenja toka osi q omrežnega pretvornika; Δ v * d, v * d in v * q predstavljajo nastavljeno vrednost odstopanja izhodne napetosti osi d, nastavljeno vrednost izhodne napetosti osi d in nastavljeno vrednost izhodne napetosti osi q omrežnega razsmernika; EABC, V * ABC in IABC predstavljajo trenutne dane vrednosti omrežnega potenciala, izhodne napetosti omrežnega pretvornika in trifaznih trenutnih vrednosti izhodnega toka; npr. φ predstavlja amplitudo in fazo omrežnega potenciala.
Vektorski algoritem krmiljenja izračuna razliko med izmerjeno napetostjo enosmernega vodila in dano vrednostjo ter s pomočjo PI regulatorja dobi dano vrednost toka na osi d. Nato se na podlagi izmerjene faze omrežne napetosti izmerjeni izhodni tok razsmernika na strani omrežja sinhrono koordinatno transformira, da se dobijo izmerjene vrednosti toka na osi d in toka na osi q. Po prilagoditvi pi se vrednost na osi d doda amplitudi omrežne napetosti, da se dobijo dane vrednosti napetosti na osi d in napetosti na osi q. Po sinhroni inverzni transformaciji koordinat se dobi izhod.
Prednost tega algoritma je visoka natančnost krmiljenja in dober dinamični odziv; slabost pa je, da je v algoritmu krmiljenja veliko transformacij koordinat, algoritem pa je zapleten in zahteva veliko računsko moč krmilnega procesorja.
Uporablja usmerniško kompozicijo PWM s sledenjem toka. Ta poenostavljeni algoritem neposredno pomnoži nastavljeno vrednost toka na osi d z referenčno vrednostjo trifaznega sinusnega toka, pridobljeno iz tabele iskanja faz izmerjene omrežne napetosti, da dobi nastavljeno vrednost trifaznega izhodnega toka, nato pa izvede preprosto prilagoditev pi, da dobi nastavljeno vrednost trifazne izhodne napetosti in jo odda. Zaradi opustitve izračunov transformacije koordinat v tem algoritmu so zahteve glede računske moči krmilnega procesorja relativno nizke. Po drugi strani pa zaradi značilnosti samega PI regulatorja obstaja določena napaka v ustaljenem stanju pri krmiljenju pretoka izmeničnega toka, zato je faktor moči tega algoritma nižji kot pri standardnem algoritmu vektorskega krmiljenja. Med dinamičnimi procesi je nihanje napetosti enosmernega vodila relativno veliko, verjetnost, da se napetost enosmernega vodila in druge napake pojavijo med hitrimi dinamičnimi procesi, pa je relativno visoka.
Karakteristike povratnega zaviranja
Strogo gledano, omrežnega razsmernika ne moremo preprosto imenovati "usmernik", ker lahko deluje tako kot usmernik kot kot razsmernik. Zaradi uporabe samoizklopnih naprav je mogoče velikost in fazo izmeničnega toka nadzorovati z ustreznim PWM načinom, s čimer se vhodni tok približa sinusnemu valu in zagotovi, da se faktor moči sistema vedno približa 1. Ko regenerativna moč, ki jo razsmernik vrne z zaviranjem motorja zaradi zaviranja, poveča enosmerno napetost, se lahko faza vhodnega izmeničnega toka obrne glede na fazo napajalne napetosti, da se doseže regenerativno delovanje, regenerativna moč pa se lahko vrne v izmenično električno omrežje, medtem ko sistem še vedno vzdržuje enosmerno napetost na dani vrednosti. V tem primeru omrežni razsmernik deluje v aktivnem stanju razsmernika. To omogoča enostavno doseganje dvosmernega pretoka moči in ima hitro dinamično hitrost odziva. Hkrati ta topološka struktura omogoča sistemu popoln nadzor nad izmenjavo jalove in aktivne moči med izmenično in enosmerno stranjo, z učinkovitostjo do 97 % in znatnimi ekonomskimi koristmi. Izguba toplote znaša 1 % porabe energije pri zaviranju in ne onesnažuje električnega omrežja. Faktor moči je približno 1, kar je okolju prijazno. Zato se lahko povratno zavorno krmiljenje pogosto uporablja za varčevanje z energijo v scenarijih zaviranja z povratno zanko pri PWM AC prenosu, zlasti v situacijah, ko je potrebno pogosto zaviranje. Moč elektromotorja je prav tako visoka, učinek varčevanja z energijo pa je znaten. Glede na obratovalne pogoje je povprečni učinek varčevanja z energijo približno 20 %. Edina pomanjkljivost izvedbe povratnega krmiljenja je kompleksna struktura krmilnega sistema.
Če povzamemo, lahko vidimo, da ima naprava s sistemom povratne zavore za energijo veliko boljše prednosti pred zaviranjem na podlagi porabe energije in zaviranjem z enosmernim tokom. Z uporabo povratne zavore za vračanje regenerirane električne energije v omrežje lahko doseže učinek zmanjšanja porabe energije in prihranka stroškov električne energije. Zato ima v trenutnih razmerah pomanjkanja električne energije, ki jih povzroča hiter gospodarski razvoj v različnih delih Kitajske, spodbujanje in uporaba povratne zavore pomemben pomen za varčevanje z energijo.