Frekans konvertörleri için enerji geri besleme cihazı tedarikçileri, basit enerji tüketim frenlemesinin günümüzde AC frekans dönüşüm hız kontrol sistemlerinde yaygın olarak kullanıldığını ve elektrik enerjisi israfı, aşırı direnç ısınması ve düşük hızlı frenleme performansı gibi dezavantajlara sahip olduğunu hatırlatır. Asenkron motorlar sık sık fren yaptığında, geri besleme frenlemesi kullanmak çok etkili bir enerji tasarrufu yöntemidir ve frenleme sırasında çevreye ve ekipmana zarar gelmesini önler. Elektrikli lokomotifler ve petrol çıkarma gibi endüstrilerde tatmin edici sonuçlar elde edilmiştir. Sürekli yeni güç elektroniği cihazlarının ortaya çıkması, maliyet etkinliğinin artması ve insanların enerji tasarrufu ve tüketim azaltma konusundaki farkındalığıyla birlikte, geniş bir uygulama yelpazesi mevcuttur.
Geri bildirim frenleme prensibi
Değişken frekanslı hız regülasyon sisteminde, motorun yavaşlaması ve durması frekansın kademeli olarak azaltılmasıyla sağlanır. Frekans azaldığında, motorun senkron hızı da buna bağlı olarak azalır. Ancak, mekanik atalet nedeniyle motorun rotor hızı sabit kalır ve hız değişimi belirli bir gecikme süresine sahiptir. Bu noktada, gerçek hız verilen hızdan daha büyük olur ve motorun geri elektromotor kuvveti e, frekans dönüştürücünün DC terminal voltajı u'dan daha yüksek olur, yani e>u. Bu noktada, elektrik motoru, şebekeden güç beslemesi gerektirmeyen, aynı zamanda şebekeye elektrik de gönderebilen bir jeneratör haline gelir. Bu, yalnızca iyi bir frenleme etkisi sağlamakla kalmaz, aynı zamanda kinetik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür ve bu enerjiyi şebekeye göndererek enerji geri kazanımı sağlar ve böylece bir taşla iki kuş vurmuş olur. Elbette, bunu başarmak için otomatik kontrol için bir enerji geri besleme cihazı ünitesi bulunmalıdır. Ayrıca, enerji geri besleme devresinde AC ve DC reaktörler, direnç kapasitans emiciler, elektronik anahtarlar vb. bulunmalıdır.
Bilindiği üzere, genel frekans dönüştürücülerin köprü doğrultucu devresi üç fazlı kontrol edilemez olduğundan, DC devresi ile güç kaynağı arasında çift yönlü enerji transferi sağlayamaz. Bu sorunu çözmenin en etkili yolu, aktif invertör teknolojisini kullanmak ve doğrultucu kısmı, şebeke tarafı dönüştürücü olarak da bilinen tersinir doğrultucuyu kullanmaktır. Şebeke tarafı invertörü kontrol ederek, rejenerasyondan elde edilen elektrik enerjisi, şebeke ile aynı frekans, faz ve frekansta AC güce dönüştürülür ve frenleme sağlamak için şebekeye geri beslenir. Daha önce, aktif invertör üniteleri çoğunlukla, yalnızca arızaya eğilimli olmayan (şebeke voltaj dalgalanmaları %10'u aşmayan) kararlı şebeke voltajı altında güvenli bir şekilde geri besleme işlemi gerçekleştirebilen tristör devreleri kullanıyordu. Bu tür devreler, yalnızca arızaya eğilimli olmayan (şebeke voltaj dalgalanmaları %10'u aşmayan) kararlı şebeke voltajı altında invertörün geri besleme işlemini güvenli bir şekilde gerçekleştirebilir. Çünkü güç üretim frenleme işlemi sırasında, şebeke gerilimi frenleme süresi 2 ms'den fazlaysa, komütasyon arızası meydana gelebilir ve bileşenler hasar görebilir. Ayrıca, derin kontrol sırasında bu yöntem düşük güç faktörü, yüksek harmonik içeriği ve üst üste binen komütasyona sahip olduğundan, şebeke gerilimi dalga formunda bozulmaya neden olur. Eş zamanlı kontrol karmaşıklığı ve yüksek maliyet. Tam kontrollü cihazların pratik uygulamasıyla birlikte, PWM kontrolü kullanan kıyıcı kontrollü tersinir dönüştürücüler geliştirildi. Bu şekilde, şebeke tarafı invertörünün yapısı, her ikisi de PWM kontrolü kullanan invertörle tamamen aynıdır.
Yukarıdaki analizden, invertörün enerji geri beslemeli frenlemesini gerçekten sağlamanın anahtarının şebeke tarafındaki invertörü kontrol etmek olduğu görülebilir. Aşağıdaki metin, tam kontrollü cihazlar ve PWM kontrol yöntemi kullanılarak şebeke tarafındaki invertörün kontrol algoritmasına odaklanmaktadır.
Geri bildirim frenleme özellikleri
Kesin olarak, şebeke tarafı invertörü yalnızca bir "doğrultucu" olarak adlandırılamaz çünkü hem doğrultucu hem de invertör olarak işlev görebilir. Kendi kendini kapatan cihazların kullanımı sayesinde, AC akımının büyüklüğü ve fazı uygun PWM modu aracılığıyla kontrol edilebilir, bu da giriş akımının sinüs dalgasına yaklaşmasını ve sistemin güç faktörünün her zaman 1'e yaklaşmasını sağlar. Motor yavaşlama frenlemesiyle invertörden dönen rejeneratif güç DC gerilimini artırdığında, AC giriş akımının fazı güç kaynağı geriliminin fazından tersine çevrilerek rejeneratif çalışma sağlanabilir ve rejeneratif güç AC güç şebekesine geri beslenebilirken sistem DC gerilimini belirlenen değerde tutabilir. Bu durumda, şebeke tarafı invertörü aktif invertör durumunda çalışır. Bu, çift yönlü güç akışı elde etmeyi kolaylaştırır ve hızlı bir dinamik tepki hızına sahiptir. Aynı zamanda, bu topoloji yapısı, sistemin AC ve DC tarafları arasındaki reaktif ve aktif güç alışverişini %97'ye varan bir verimlilik ve önemli ekonomik faydalarla tam olarak kontrol etmesini sağlar. Frenleme sırasında kaybedilen ısı, enerji tüketiminin %1'i kadardır ve elektrik şebekesini kirletmez. Güç faktörü yaklaşık 1'dir ve bu da çevre dostudur. Bu nedenle, özellikle sık frenleme gerektiren durumlarda, PWM AC iletim sistemlerinde enerji geri beslemeli frenleme senaryolarında enerji tasarrufu sağlayan çalışma için geri beslemeli frenleme yaygın olarak kullanılabilir. Elektrik motorunun gücü de yüksektir ve enerji tasarrufu etkisi önemlidir. Çalışma koşullarına bağlı olarak, ortalama enerji tasarrufu etkisi yaklaşık %20'dir.