Dobavitelj zavorne enote s frekvenčnim pretvornikom vas opominja, da je v industrijski proizvodnji za izboljšanje učinka varčevanja z energijo in zmanjšanje izgub energije med procesom zaviranja potrebno tudi rekuperirati energijo pojemka in jo oddati v električno omrežje, da se doseže učinek varčevanja z energijo. Trenutno, ko se različne regije na Kitajskem soočajo s pomanjkanjem električne energije zaradi hitrega gospodarskega razvoja, ima spodbujanje in uporaba zavor s povratno zanko pomemben pomen za varčevanje z energijo. Zato ima pospešitev raziskav in proizvodnje domačih sorodnih izdelkov velik praktičen pomen.
Trenutno se preprosto zaviranje s porabo energije pogosto uporablja v sistemih za regulacijo hitrosti z izmeničnim tokom in spremenljivo frekvenco, ki pa imajo pomanjkljivosti, kot so izguba električne energije, močno segrevanje uporov in slaba zavorna zmogljivost. Pri pogostem zaviranju asinhronskih motorjev je uporaba povratne zavore zelo učinkovita metoda varčevanja z energijo, ki preprečuje škodo okolju in opremi med zaviranjem. Zadovoljivi rezultati so bili doseženi v panogah, kot sta električne lokomotive in pridobivanje nafte. Z nenehnim pojavom novih energetskih elektronskih naprav, naraščajočo stroškovno učinkovitostjo in ozaveščenostjo ljudi o varčevanju z energijo in zmanjšanju porabe energije se odpira 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 ustavljanje 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, kot je prikazano na shematskem diagramu na sliki 1. Poleg tega mora vezje za povratno zanko energije vključevati tudi izmenične in enosmerne dušilke, absorberje uporovne kapacitivnosti, elektronska stikala itd.
Načelo in značilnosti zaviranja s povratno zanko frekvenčnega pretvornika
Slika 1 Shematski diagram zavornega tokokroga s povratno zanko frekvenčnega pretvornika
Kot je dobro znano, je vezje mostičnega usmernika splošnih frekvenčnih pretvornikov trifazno neobvladljivo, zato ne more doseči dvosmernega prenosa energije med enosmernim vezjem in napajalnikom. Najučinkovitejši način za 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 razsmernika z energijsko povratno zanko ključnega pomena krmiljenje razsmernika na strani omrežja.
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 zaviranje z povratno zanko pogosto uporablja za varčevanje z energijo v scenarijih zaviranja z povratno zanko pri PWM AC prenosu, zlasti v situacijah, kjer 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 % ali več.