V elektroenergetski industriji se frekvenčni pretvorniki uporabljajo predvsem za varčevanje z energijo in izboljšanje proizvodnih procesov. Kot naprave za varčevanje z energijo in regulacijo hitrosti motorjev se pogosto uporabljajo v metalurgiji, energetiki, oskrbi z vodo, naftni, kemični, premogovniški in drugih panogah. Bistvo enote za povratno energijo frekvenčnega pretvornika je aktivna inverzija. Metoda izvedbe enote za povratno energijo splošnega frekvenčnega pretvornika je dovajanje regenerirane energije v omrežje prek antivzporednih trifaznih razsmernikov na nekontroliranem usmerniku sprednje stopnje splošnega frekvenčnega pretvornika. Glavno vezje enote za povratno energijo je sestavljeno predvsem iz razsmerniškega mostu, ki ga sestavljajo tiristorji, IGBT-ji, IPM moduli in nekatera periferna vezja.
Izhodni konec mostu inverterja je prek treh dušilk priključen na vhodne priključke R, S in T frekvenčnega pretvornika, vhodni konec pa je prek izolacijske diode priključen na pozitivni priključek enosmerne strani univerzalnega frekvenčnega pretvornika, da se zagotovi enosmerni pretok energije v smeri "omrežja aktivnega mostu inverterja frekvenčnega pretvornika". Funkcija dušilke je uravnavanje napetostne razlike, omejevanje toka in filtriranje, kar igra ključno vlogo pri povratni zanki regenerativne energije v električno omrežje.
Delovni proces sistema je naslednji: ko motor deluje, aktivna inverterska naprava ne deluje, vse stikalne cevi inverterja pa so blokirane in v izklopljenem stanju; ko je motor v stanju regenerativne proizvodnje energije, motor energijo dovaja nazaj v omrežje in za delovanje je treba aktivno invertersko napravo zagnati.
Aktivacijo aktivne inverterske naprave med energijsko povratno zanko nadzira velikost napetosti Ud na enosmerni strani frekvenčnega pretvornika. Osnova je, da ko je motor v električnem stanju, napetost na enosmerni strani frekvenčnega pretvornika ostane v bistvu konstantna. Ko je motor v stanju generatorskega zaviranja, regenerativna energija izmeničnega motorja polni kondenzator za shranjevanje energije v srednjem enosmernem vezju frekvenčnega pretvornika, kar povzroči naraščanje napetosti na enosmernem vodilu. Dokler je zaznana velikost Ud, je mogoče določiti stanje motorja in krmiliti aktivno invertersko napravo za doseganje energijske povratne zanke.
Ko motor energijo vrne na stran enosmernega toka, zaradi česar napetost enosmernega vodila preseže najvišjo napetost električnega omrežja, se usmerniški most univerzalnega frekvenčnega pretvornika zaradi povratne napetosti izklopi; ko napetost enosmernega vodila še naprej narašča in preseže začetno delovno napetost aktivnega razsmernika, razsmernik začne delovati in dovaja energijo nazaj v omrežje s strani enosmernega toka; ko napetost enosmernega vodila pade na delovno napetost razsmernika, se aktivni razsmernik izklopi.
Z uporabo aktivnega pretvornika za povratno informacijo regenerativne energije, ki nastane med zaviranjem motorja, v električno omrežje, lahko univerzalni frekvenčni pretvornik premaga nizko učinkovitost in težave pri izpolnjevanju zahtev hitrega zaviranja in pogostega vrtenja naprej/nazaj, ki jih povzroča tradicionalna uporaba zavornih uporov, kar omogoča delovanje univerzalnega frekvenčnega pretvornika v štirih kvadrantih.
1) Sistem za nadzor povratne zanke z energijo
Celoten sistem za krmiljenje povratne zanke z energijo mora izpolnjevati pogoje krmiljenja faze, napetosti, toka itd., kar zahteva, da je proces povratne zanke sinhroniziran s fazo omrežja, aktivni pretvornik pa se mora zagnati le, ko napetost enosmernega vodila preseže določeno vrednost; sistem mora biti sposoben krmiliti velikost povratnega toka, s čimer krmili zavorni navor motorja in doseže natančno zaviranje.
2) Dve vrsti enot za povratno zanko z energijo univerzalnega frekvenčnega pretvornika
Prej je bilo glavno vezje enot za energijsko povratno zanko večinoma sestavljeno iz tiristorjev in IGBT-jev. V zadnjih letih so nekatere nove vrste enot za energijsko povratno zanko za poenostavitev sistemske strukture enot za energijsko povratno zanko uporabile tudi inteligentne module, kot je IPM.
(1) Tiristorska enota za povratno zanko:
Glavno vezje za povratno energijsko zanko je sestavljeno iz tiristorskih naprav, ki so prav tako zgodnja enota za povratno energijsko zanko. Uporabljajo se ne le v frekvenčnih pretvornikih, temveč tudi pri zaviranju nekaterih enosmernih reverzibilnih sistemov za regulacijo hitrosti.
① Stanje delovanja univerzalnega frekvenčnega pretvornika v smeri naprej: Ko je motor v električnem stanju, usmernik frekvenčnega pretvornika deluje, medtem ko tiristorska naprava v enoti za povratno zanko ni sprožena in je v izklopljenem stanju, usmernik pa deluje v smeri naprej. Krmilni del inverterja je sprožen, nekrmilni del za povratno usmerjanje pa je v izklopljenem stanju in inverter deluje v smeri naprej.
② Obratno stanje delovanja univerzalnega frekvenčnega pretvornika: Ko je motor v stanju generiranja, je usmernik frekvenčnega pretvornika v izklopljenem stanju in tiristorji v enoti za povratno zanko energije so aktivirani. Krmilni del inverterja je še vedno aktiviran, nekrmilni del za obratno usmerjanje pa je v delujočem stanju in pretvornik deluje v obratni smeri.
(2) Enota za povratno zanko z energijo IGBT:
Glavno vezje za povratno zanko z energijo je sestavljeno iz IGBT naprav, ki se najpogosteje uporabljajo v splošnih frekvenčnih pretvornikih. Prostotekajoče diode, integrirane z IGBT napravami, ni mogoče uporabiti kot usmerniško napravo zaradi omejitve izolacijske diode, priključene na stran enosmernega toka. Njena cena bi morala biti višja od cene tiristorske enote za povratno zanko z energijo.
① Stanje delovanja univerzalnega frekvenčnega pretvornika v smeri naprej: Ko je motor v električnem stanju, usmernik frekvenčnega pretvornika deluje, medtem ko IGBT naprava v enoti za povratno zanko ni sprožena in je v izklopljenem stanju, usmernik pa deluje v smeri naprej. IGBT naprave v razsmerniku so sprožene in delujejo, nenadzorovani del za povratno usmerjanje pa je v izklopljenem stanju, medtem ko razsmernik deluje v smeri naprej.
② Obratno stanje delovanja univerzalnega frekvenčnega pretvornika: Ko je motor v stanju generiranja, je usmernik frekvenčnega pretvornika v izklopljenem stanju in naprava IGBT v enoti za povratno zanko energije se sproži. Naprave IGBT v razsmerniku še vedno delujejo, nenadzorovani del za obratno usmerjanje pa deluje, zaradi česar razsmernik deluje v obratni smeri.