Güç ve elektrik endüstrisinde, frekans konvertörleri temel olarak enerji tasarrufu ve üretim süreçlerini iyileştirmek için kullanılır. Motorlar için enerji tasarrufu ve hız düzenleme cihazları olarak metalurji, enerji, su temini, petrol, kimya, kömür ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılırlar. Frekans konvertörünün enerji geri besleme ünitesinin özü aktif inversiyondur. Genel frekans konvertörünün enerji geri besleme ünitesinin uygulama yöntemi, rejenerasyon enerjisini genel frekans konvertörünün ön katındaki kontrolsüz doğrultucuda anti-paralel üç fazlı invertörler aracılığıyla şebekeye beslemektir. Enerji geri besleme ünitesinin ana devresi, esas olarak tristörler, IGBT'ler, IPM modülleri ve bazı çevre devrelerinden oluşan bir invertör köprüsünden oluşur.
İnverter köprüsünün çıkış ucu, üç şok reaktörü aracılığıyla frekans dönüştürücünün R, S ve T giriş terminallerine bağlanır ve giriş ucu, "frekans dönüştürücü aktif invertör köprü şebekesi" yönünde tek yönlü enerji akışı sağlamak için bir izolasyon diyotu aracılığıyla üniversal frekans dönüştürücünün DC tarafının pozitif terminaline bağlanır. Şok reaktörünün işlevi, gerilim farkını dengelemek, akımı sınırlamak ve filtrelemek olup, rejeneratif enerjinin güç şebekesine geri beslenmesinde önemli bir rol oynar.
Sistemin çalışma prensibi şu şekildedir: Motor çalışırken aktif invertör cihazı çalışmaz ve invertör anahtarlama tüpleri bloke olur ve kapalı durumdadır; Motor rejeneratif güç üretim durumundayken motor tarafından şebekeye enerji geri verilir ve aktif invertör cihazının çalışması için başlatılması gerekir.
Enerji geri beslemesi sırasında aktif invertör cihazının aktivasyonu, frekans dönüştürücünün DC yan gerilimi Ud'nin büyüklüğü tarafından kontrol edilir. Temel prensip, motor elektrik durumundayken, frekans dönüştürücünün DC yan geriliminin temelde sabit kalmasıdır. Motor jeneratör frenleme durumundayken, AC motorun rejeneratif enerjisi, frekans dönüştürücünün orta DC bağlantısındaki enerji depolama kapasitörünü şarj ederek DC bara geriliminin yükselmesine neden olur. Ud'nin büyüklüğü algılandığı sürece, motorun durumu belirlenebilir ve aktif invertör cihazı enerji geri beslemesi sağlayacak şekilde kontrol edilebilir.
Enerji motor tarafından DC tarafına geri beslendiğinde, DC bara gerilimi şebeke hattının tepe gerilimini aştığında, üniversal frekans dönüştürücünün doğrultucu köprüsü ters gerilim nedeniyle kapanacaktır; DC bara gerilimi yükselmeye devam ettiğinde ve başlangıç aktif invertör çalışma gerilimini aştığında, invertör çalışmaya başlayarak DC tarafından şebekeye enerji geri besler; DC bara gerilimi invertörün çalışma gerilimine düştüğünde, aktif invertör kapanır.
Motor yavaşlaması ve frenlemesi sırasında oluşan rejeneratif enerjiyi aktif bir invertör kullanarak güç şebekesine geri beslemek suretiyle, evrensel frekans dönüştürücü, geleneksel fren dirençleri kullanımından kaynaklanan düşük verimlilik ve hızlı frenleme ve sık ileri/geri dönüş gereksinimlerini karşılama zorluğunun üstesinden gelebilir ve evrensel frekans dönüştürücünün dört kadranda çalışmasına olanak tanır.
1) Enerji geri bildirim kontrol sistemi
Tam bir enerji geri besleme kontrol sistemi, geri besleme işleminin şebeke fazı ile senkronize olmasını gerektiren faz, gerilim, akım vb. kontrol koşullarını karşılamalı ve aktif invertör cihazı yalnızca DC bara gerilimi belirli bir değeri aştığında başlatılmalıdır; Sistem, geri besleme akımının büyüklüğünü kontrol edebilmeli, böylece motorun frenleme torkunu kontrol ederek hassas frenleme elde edebilmelidir.
2) İki tip evrensel frekans dönüştürücü enerji geri besleme ünitesi
Daha önceleri, enerji geri besleme ünitelerinin ana devresi çoğunlukla tristörler ve IGBT'lerden oluşuyordu. Son yıllarda, enerji geri besleme ünitelerinin sistem yapısını basitleştirmek için IPM gibi akıllı modüller de bazı yeni tip enerji geri besleme ünitelerinde kullanılmaya başlandı.
(1) Tristör enerji geri bildirim ünitesi:
Enerji geri besleme ana devresi, aynı zamanda erken bir enerji geri besleme ünitesi olan tristör cihazlarından oluşur. Sadece frekans dönüştürücülerde değil, aynı zamanda bazı DC tersinir hız kontrol sistemlerinin frenlenmesinde de kullanılır.
① Evrensel frekans dönüştürücünün ileri çalışma durumu: Motor elektrik durumundayken, frekans dönüştürücünün doğrultucusu çalışır, enerji geri besleme ünitesindeki tristör cihazı tetiklenmez ve kesme durumundadır ve doğrultucu ileri yönde çalışır. İnverterin kontrol edilebilir invertör kısmı tetiklenir, kontrol edilemeyen ters doğrultucu kısmı kesme durumundadır ve invertör ileri yönde çalışır.
② Evrensel frekans dönüştürücünün ters çalışma durumu: Motor üretim durumundayken, frekans dönüştürücünün doğrultucusu kesme durumundadır ve enerji geri besleme ünitesindeki tristör cihazları çalışmaya tetiklenir. İnverterin kontrol edilebilir invertör kısmı çalışmaya devam ederken, kontrol edilemeyen ters doğrultucu kısmı çalışır durumdadır ve invertör ters yönde çalışır.
(2) IGBT enerji geri bildirim ünitesi:
Enerji geri beslemeli ana devre, genel frekans dönüştürücülerde en yaygın kullanılan IGBT cihazlarından oluşur. IGBT cihazlarıyla entegre edilen serbest diyot, DC tarafına bağlı izolasyon diyotunun sınırlı olması nedeniyle doğrultucu cihaz olarak kullanılamaz. Maliyeti, tristörlü enerji geri besleme ünitesinden daha yüksek olmalıdır.
① Evrensel frekans dönüştürücünün ileri çalışma durumu: Motor elektrik durumundayken, frekans dönüştürücünün doğrultucusu çalışır, enerji geri besleme ünitesindeki IGBT cihazı tetiklenmez ve kesme durumundadır ve doğrultucu ileri yönde çalışır. İnverterdeki IGBT cihazları tetiklenir ve kontrolsüz ters doğrultucu kısmı kesme durumundadır, invertör ise ileri yönde çalışır.
② Evrensel frekans dönüştürücünün ters çalışma durumu: Motor üretim durumundayken, frekans dönüştürücünün doğrultucusu kesme durumundadır ve enerji geri besleme ünitesindeki IGBT cihazı çalışmaya başlar. İnverterdeki IGBT cihazları çalışmaya devam ederken, kontrolsüz ters doğrultucu kısmı çalışır ve bu da invertörün ters yönde çalışmasına neden olur.