Inom kraft- och elindustrin används frekvensomvandlare huvudsakligen för energibesparing och förbättring av produktionsprocesser. Som energibesparande och hastighetsreglerande enheter för motorer används de i stor utsträckning inom metallurgi, kraft, vattenförsörjning, petroleum, kemi, kol och andra områden. Kärnan i frekvensomvandlarens energiåterkopplingsenhet är aktiv invertering. Implementeringsmetoden för energiåterkopplingsenheten i den allmänna frekvensomvandlaren är att mata den regenererade energin till elnätet via antiparallella trefasomvandlare vid den okontrollerade likriktaren i det allmänna frekvensomvandlarens främre steg. Huvudkretsen för energiåterkopplingsenheten består huvudsakligen av en växelriktarbrygga bestående av tyristorer, IGBT:er, IPM-moduler och några kringkretsar.
Utgångsänden på växelriktarbryggan är ansluten till ingångsterminalerna R, S och T på frekvensomvandlaren via tre drosselreaktorer, och ingångsänden är ansluten till den positiva terminalen på DC-sidan av den universella frekvensomvandlaren via en isoleringsdiod för att säkerställa det enkelriktade energiflödet i riktning mot "frekvensomvandlarens aktiva växelriktarbryggnät". Funktionen hos en drosselreaktor är att balansera spänningsskillnaden, begränsa strömmen och filtrera, och spelar en nyckelroll i återkopplingen av regenerativ energi till elnätet.
Systemets arbetsprocess är: när motorn är igång fungerar inte den aktiva växelriktaren, och växelriktarens omkopplarrör är alla blockerade och i avstängt tillstånd; när motorn är i ett regenerativt kraftgenereringsläge matas energi tillbaka till elnätet av motorn, och den aktiva växelriktaren måste startas för att fungera.
Aktiveringen av den aktiva växelriktarenheten under energiåterkoppling styrs av storleken på frekvensomvandlarens likspänning Ud. Grunden är att när motorn är i elektriskt tillstånd förblir frekvensomvandlarens likspänning i princip konstant. När motorn är i ett genererande bromstillstånd laddar växelströmsmotorns regenerativa energi energilagringskondensatorn i frekvensomvandlarens mittre likströmslänk, vilket får likströmsspänningen att stiga. Så länge storleken på Ud detekteras kan motorns tillstånd bestämmas och den aktiva växelriktarenheten kan styras för att uppnå energiåterkoppling.
När energin matas tillbaka till likströmssidan av motorn, vilket gör att likströmsspänningen överstiger toppspänningen i elnätet, stängs universalfrekvensomvandlarens likriktarbrygga av på grund av backspänningen. När likströmsspänningen fortsätter att stiga och överstiger den aktiva växelriktarens startspänning, börjar växelriktaren arbeta och matar tillbaka energi till nätet från likströmssidan. När likströmsspänningen sjunker till växelriktarens driftspänning, stängs den aktiva växelriktaren av.
Genom att använda en aktiv växelriktare för att återkoppla den regenerativa energin som genereras under motorretardation och bromsning till elnätet, kan en universalfrekvensomvandlare övervinna den låga verkningsgraden och svårigheten att uppfylla kraven på snabb bromsning och frekvent framåt/bakåtrotation som orsakas av traditionell användning av bromsmotstånd, vilket gör att universalfrekvensomvandlaren kan arbeta i fyra kvadranter.
1) Energiåterkopplingsstyrsystem
Ett komplett energiåterkopplingssystem bör uppfylla styrvillkoren för fas, spänning, ström etc., vilket kräver att återkopplingsprocessen synkroniseras med nätfasen, och den aktiva växelriktarenheten bör endast startas när DC-busspänningen överstiger ett visst värde. Systemet bör kunna styra återkopplingsströmmens storlek och därigenom styra motorns bromsmoment och uppnå exakt bromsning.
2) Två typer av universella frekvensomvandlarens energiåterkopplingsenheter
Tidigare bestod huvudkretsen för energiåterkopplingsenheter mestadels av tyristorer och IGBT:er. På senare år har vissa nya typer av energiåterkopplingsenheter också använt intelligenta moduler som IPM för att förenkla systemstrukturen för energiåterkopplingsenheter.
(1) Tyristorenergiåterkopplingsenhet:
Energiåterkopplingskretsen består av tyristorkomponenter, som också är en tidig energiåterkopplingsenhet. Den används inte bara i frekvensomvandlare, utan även vid bromsning av vissa reversibla DC-hastighetsregleringssystem.
① Framåtriktat arbetsläge för universalfrekvensomvandlaren: När motorn är i elektriskt tillstånd arbetar frekvensomvandlarens likriktare, medan tyristoranordningen i energiåterkopplingsenheten inte triggas och är i avstängt tillstånd, och likriktaren arbetar i framåtriktningen. Den styrbara växelriktardelen av växelriktaren triggas att arbeta, den ostyrbara bakåtriktade likriktardelen är i avstängt tillstånd, och växelriktaren är i framåtriktning.
② Omvänt arbetsläge för universalfrekvensomvandlaren: När motorn är i genererande tillstånd är frekvensomvandlarens likriktare i avstängt tillstånd och tyristorkomponenterna i energiåterkopplingsenheten triggas att arbeta. Den styrbara växelriktardelen av växelriktaren triggas fortfarande att arbeta, den ostyrbara omvända likriktningsdelen är i arbetsläge och växelriktaren arbetar i omvänd läge.
(2) IGBT-energiåterkopplingsenhet:
Huvudkretsen för energiåterkoppling består av IGBT-komponenter, vilka oftast används i allmänna frekvensomvandlare. Den frihjulande dioden som är integrerad med IGBT-komponenter kan inte användas som likriktare på grund av begränsningen hos isoleringsdioden som är ansluten till likströmssidan. Dess kostnad bör vara högre än för tyristorns energiåterkopplingsenhet.
① Framåtriktat arbetsläge för universalfrekvensomvandlaren: När motorn är i elektriskt tillstånd arbetar frekvensomvandlarens likriktare, medan IGBT-enheten i energiåterkopplingsenheten inte triggas och är i avstängt tillstånd, och likriktaren arbetar i framåtriktningen. IGBT-enheterna i växelriktaren triggas att arbeta, och den okontrollerade omvända likriktningsdelen är i avstängt tillstånd, medan växelriktaren är i framåtriktning.
② Omvänt arbetsläge för universalfrekvensomvandlaren: När motorn är i genererande tillstånd är frekvensomvandlarens likriktare i avstängt tillstånd, och IGBT-enheten i energiåterkopplingsenheten triggas att arbeta. IGBT-enheterna i växelriktaren triggas fortfarande att arbeta, och den okontrollerade omvända likriktningsdelen är i drift, vilket gör att växelriktaren arbetar i omvänd ordning.