Leverantörer av energiåterkopplingsenheter påminner dig om att frekvensomvandlare ofta stöter på olika problem under felsökning och användning, bland vilka överspänning är det vanligaste. När överspänning uppstår, för att förhindra skador på den interna kretsen, aktiveras frekvensomvandlarens överspänningsskydd, vilket gör att frekvensomvandlaren stannar och resulterar i att utrustningen inte fungerar korrekt.
Därför måste åtgärder vidtas för att eliminera överspänning och förhindra uppkomsten av fel. På grund av de olika tillämpningsscenarierna för frekvensomvandlare och motorer är orsakerna till överspänning också olika, så motsvarande åtgärder bör vidtas i enlighet med den specifika situationen.
Generering av överspänning i frekvensomvandlare och regenerativ bromsning
Den så kallade överspänningen hos en frekvensomvandlare avser den situation där frekvensomvandlarens spänning överstiger märkspänningen av olika anledningar, vilket huvudsakligen manifesteras i likspänningen i frekvensomvandlarens likströmsbuss.
Under normal drift är frekvensomvandlarens likspänning medelvärdet efter trefas helvågslikriktning. Om den beräknas baserat på en 380 V nätspänning är den genomsnittliga likspänningen Ud = 1,35 U nät = 513 V.
Vid överspänning laddas energilagringskondensatorn på DC-bussen. När spänningen stiger till cirka 700 V (beroende på modell) aktiveras frekvensomvandlarens överspänningsskydd.
Det finns två huvudorsaker till överspänning i frekvensomformare: effektöverspänning och regenerativ överspänning.
Överspänning i strömförsörjningen avser en situation där DC-busspänningen överstiger det nominella värdet på grund av för hög matningsspänning. Numera kan ingångsspänningen för de flesta frekvensomformare nå upp till 460 V, så överspänning orsakad av strömförsörjningen är extremt sällsynt.
Den huvudsakliga frågan som diskuteras i den här artikeln är regenerering av överspänning.
De främsta orsakerna till att regenerativ överspänning genereras är följande: när belastningen på GD2 (svänghjulsmoment) retarderar är retardationstiden som ställts in av frekvensomvandlaren för kort;
Motorn utsätts för externa krafter (såsom fläktar och sträckmaskiner) eller potentiella belastningar (såsom hissar och kranar) när den sänks. På grund av dessa skäl är motorns faktiska hastighet högre än frekvensomvandlarens kommenderade hastighet, vilket innebär att motorns rotorhastighet överstiger den synkrona hastigheten. Vid denna tidpunkt är motorns slirhastighet negativ, och rotorlindningens riktning som skär det roterande magnetfältet är motsatt motorns tillstånd. Det elektromagnetiska vridmomentet som genereras av det är bromsmomentet som hindrar rotationsriktningen. Så elmotorn är faktiskt i ett genererande tillstånd, och lastens kinetiska energi "regenereras" till elektrisk energi.
Den regenerativa energin laddas till växelriktarens likströmslagringskondensator via växelriktarens frihjulsdiod, vilket får likströmsspänningen att stiga, vilket kallas regenerativ överspänning. Vridmomentet som genereras under processen att regenerera överspänningen är motsatt det ursprungliga vridmomentet, vilket är bromsmomentet. Därför är processen att regenerera överspänningen också processen för regenerativ bromsning.
Med andra ord, eliminering av regenerativ energi ökar bromsmomentet. Om den regenerativa energin inte är stor har växelriktaren och motorn själva en regenerativ bromskapacitet på 20, och denna del av den elektriska energin kommer att förbrukas av växelriktaren och motorn. Om denna energi överstiger frekvensomvandlarens och motorns förbrukningskapacitet kommer likströmskretsens kondensator att överladdas, och frekvensomvandlarens överspänningsskydd aktiveras, vilket gör att driften stoppas. För att undvika denna situation är det nödvändigt att göra sig av med denna energi i tid, samtidigt som bromsmomentet ökas, vilket är syftet med regenerativ bromsning.
Åtgärder för att förhindra överspänning i frekvensomvandlare
På grund av olika orsaker till överspänning är de åtgärder som vidtas också olika. För överspänningsfenomenet som uppstår vid parkering, om det inte finns några speciella krav på parkeringstid eller plats, kan metoden att förlänga frekvensomvandlarens retardationstid eller fri parkering användas för att lösa det. Den så kallade fri parkeringen avser att frekvensomvandlaren kopplar bort huvudströmbrytaren, vilket gör att motorn kan glida fritt och stanna.
Om det finns vissa krav på parkeringstid eller parkeringsplats kan DC-bromsfunktionen användas.
Likströmsbromsningens funktion är att bromsa motorn till en viss frekvens och sedan applicera likström på motorns statorlindning för att bilda ett statiskt magnetfält.
Motorns rotorlindning skär av detta magnetfält och genererar ett bromsmoment, som omvandlar lastens kinetiska energi till elektrisk energi och förbrukar den i form av värme i motorns rotorkrets. Därför är denna typ av bromsning även känd som energiförbrukande bromsning. DC-bromsningsprocessen innefattar faktiskt två processer: regenerativ bromsning och energiförbrukande bromsning. Denna bromsmetod har en verkningsgrad på endast 30–60 % av regenerativ bromsning, och bromsmomentet är relativt litet. Eftersom energiförbrukning i motorn kan orsaka överhettning, bör bromstiden inte vara för lång.
Dessutom ställs startfrekvensen, bromstiden och bromsspänningen för likströmsbromsning in manuellt och kan inte justeras automatiskt baserat på nivån på den regenerativa spänningen. Därför kan likströmsbromsning inte användas för överspänning som genereras under normal drift och kan endast användas för bromsning under parkering.
För överspänning orsakad av för högt GD2 (svänghjulsmoment) hos lasten under retardation (från hög hastighet till låg hastighet utan stopp) kan metoden att förlänga retardationstiden användas för att lösa problemet. Faktum är att även denna metod använder principen om regenerativ bromsning. Att förlänga retardationstiden styr endast växelriktarens laddningshastighet med hjälp av lastens regenerativa spänning, för att på ett rimligt sätt utnyttja växelriktarens regenerativa bromskapacitet. När det gäller laster som orsakar att motorn befinner sig i ett regenerativt tillstånd på grund av externa krafter (inklusive potentiell energifrigöring), eftersom de normalt arbetar i ett bromsande tillstånd, är den regenerativa energin för hög för att förbrukas av själva frekvensomvandlaren. Därför är det omöjligt att använda likströmsbromsning eller förlänga retardationstiden.
Jämfört med likströmsbromsning har regenerativ bromsning ett högre bromsmoment, och bromsmomentets storlek kan styras automatiskt av frekvensomvandlarens bromsenhet i enlighet med lastens erforderliga bromsmoment (dvs. nivån av regenerativ energi). Därför är regenerativ bromsning mest lämplig för att ge lasten bromsmoment under normal drift.
Metod för frekvensomvandling av regenerativ bromsning:
1. Energikrävande typ:
Denna metod innebär att man parallellkopplar ett bromsmotstånd i en frekvensomvandlares likströmskrets och styr till/frånkopplingen av en effekttransistor genom att detektera likströmsspänningen. När likströmsspänningen stiger till cirka 700 V leder effekttransistorn, leder den regenererade energin till motståndet och förbrukar den i form av termisk energi, vilket förhindrar att likströmsspänningen stiger. På grund av oförmågan att utnyttja regenererad energi tillhör den den energiförbrukande typen. Som en energiförbrukande typ är skillnaden från likströmsbromsning att den förbrukar energi på bromsmotståndet utanför motorn, så motorn överhettas inte och kan arbeta oftare.
2. Parallell DC-bussabsorptionstyp:
Lämplig för flermotoriga drivsystem (t.ex. sträckmaskiner), där varje motor kräver en frekvensomvandlare, flera frekvensomvandlare delar en nätsidesomvandlare och alla omvandlare är parallellkopplade till en gemensam likströmsbuss. I detta system finns det ofta en eller flera motorer som arbetar normalt i bromsläge. Motorn i bromsläge dras av andra motorer för att generera regenerativ energi, som sedan absorberas av motorn i elektriskt tillstånd via en parallell likströmsbuss. Om den inte kan absorberas helt förbrukas den via ett delat bromsmotstånd. Den regenererade energin absorberas delvis och utnyttjas, men matas inte tillbaka till elnätet.
3. Typ av energiåterkoppling:
Nätsidesomvandlaren av typen med energiåterkoppling är reversibel. När regenerativ energi genereras matar den reversibla omvandlaren tillbaka den regenerativa energin till nätet, vilket gör att den regenerativa energin kan utnyttjas fullt ut. Men denna metod kräver hög stabilitet i strömförsörjningen, och vid ett plötsligt strömavbrott kommer inversion och vältning att inträffa.