Постачальники пристроїв зворотного зв'язку щодо енергії для перетворювачів частоти нагадують вам, що наразі просте гальмування зі споживаною енергією широко використовується в системах керування швидкістю перетворення частоти змінного струму, які мають такі недоліки, як марна витрата електроенергії, сильний нагрівання резистора та низька ефективність швидкого гальмування. Коли асинхронні двигуни часто гальмують, використання гальмування зі зворотним зв'язком є дуже ефективним методом енергозбереження та дозволяє уникнути пошкодження навколишнього середовища та обладнання під час гальмування. Задовільні результати були досягнуті в таких галузях промисловості, як електровози та видобуток нафти. З постійною появою нових силових електронних пристроїв, підвищенням економічної ефективності та усвідомленням людей питання енергозбереження та скорочення споживання існує широкий спектр перспектив застосування.
Принцип гальмування зі зворотним зв'язком
У системі регулювання швидкості зі змінною частотою уповільнення та зупинка двигуна досягаються шляхом поступового зниження частоти. У момент зменшення частоти синхронна швидкість двигуна відповідно зменшується. Однак через механічну інерцію швидкість ротора двигуна залишається незмінною, а зміна його швидкості має певний часовий лаг. У цей час фактична швидкість буде більшою за задану, що призведе до ситуації, коли зворотна електрорушійна сила e двигуна буде вищою за напругу постійного струму на клемах u перетворювача частоти, тобто e>u. У цей момент електродвигун стає генератором, який не тільки не потребує живлення від мережі, але й може подавати електроенергію в мережу. Це не тільки має хороший гальмівний ефект, але й перетворює кінетичну енергію в електричну, яку можна подавати в мережу для рекуперації енергії, вбиваючи двох зайців одним пострілом. Звичайно, для досягнення цього повинен бути блок зворотного зв'язку по енергії для автоматичного керування. Крім того, схема зворотного зв'язку по енергії повинна також включати реактори змінного та постійного струму, ємнісні абсорбери, електронні перемикачі тощо.
Як добре відомо, схема мостового випрямляча загальних перетворювачів частоти є трифазною некерованою, тому вона не може забезпечити двонаправлену передачу енергії між колом постійного струму та джерелом живлення. Найефективнішим способом вирішення цієї проблеми є використання технології активного інвертора, а випрямляч використовує реверсивний випрямляч, також відомий як мережевий перетворювач. Керуючи мережевим інвертором, регенерована електрична енергія інвертується в змінний струм з тією ж частотою, фазою та частотою, що й мережа, і подається назад у мережу для гальмування. Раніше в активних інверторних блоках переважно використовувалися тиристорні схеми, які могли безпечно виконувати роботу зі зворотним зв'язком лише за стабільної напруги мережі, яка не схильна до несправностей (коливання напруги мережі не перевищують 10%). Цей тип схеми може безпечно виконувати роботу зі зворотним зв'язком інвертора лише за стабільної напруги мережі, яка не схильна до несправностей (коливання напруги мережі не перевищують 10%). Оскільки під час гальмування генерації електроенергії, якщо час гальмування напругою мережі перевищує 2 мс, може виникнути збій комутації та пошкодження компонентів. Крім того, під час глибокого керування цей метод має низький коефіцієнт потужності, високий вміст гармонік та перекриття комутації, що призводить до спотворення форми хвилі напруги електромережі. Одночасно це призводить до складності керування та високої вартості. Завдяки практичному застосуванню повністю керованих пристроїв, люди розробили реверсивні перетворювачі з переривчастим керуванням, що використовують ШІМ-керування. Таким чином, структура інвертора на стороні мережі повністю ідентична структурі інвертора, обидва з яких використовують ШІМ-керування.
З наведеного вище аналізу видно, що для справжнього досягнення гальмування інвертора зі зворотним зв'язком по енергії ключовим є керування інвертором з боку мережі. У наступному тексті основна увага приділяється алгоритму керування інвертором з боку мережі з використанням повністю керованих пристроїв та методу ШІМ-керування.
Характеристики гальмування зі зворотним зв'язком
Строго кажучи, мережевий інвертор не можна просто називати «випрямлячем», оскільки він може функціонувати як випрямляч, так і як інвертор. Завдяки використанню пристроїв самовимкнення, величину та фазу змінного струму можна контролювати за допомогою відповідного режиму ШІМ, що робить вхідний струм наближеним до синусоїди та забезпечує, щоб коефіцієнт потужності системи завжди наближався до 1. Коли рекуперативна потужність, що повертається від інвертора шляхом гальмування двигуна, збільшує напругу постійного струму, фаза вхідного змінного струму може бути зворотною відносно фази напруги живлення для досягнення рекуперативного режиму, і рекуперативна потужність може бути подана назад до мережі змінного струму, при цьому система все ще може підтримувати напругу постійного струму на заданому значенні. У цьому випадку мережевий інвертор працює в активному стані інвертора. Це дозволяє легко досягти двонаправленого потоку потужності та має високу динамічну швидкість відгуку. Водночас, така топологічна структура дозволяє системі повністю контролювати обмін реактивною та активною потужністю між сторонами змінного та постійного струму з ефективністю до 97% та значними економічними перевагами. Втрати тепла становлять 1% від споживання енергії при гальмуванні та не забруднюють електромережу. Коефіцієнт потужності становить близько 1, що є екологічно чистим. Тому гальмування зі зворотним зв'язком може широко використовуватися для енергозберігаючої роботи в сценаріях гальмування зі зворотним зв'язком енергії ШІМ-передачі змінного струму, особливо в ситуаціях, коли потрібне часте гальмування. Потужність електродвигуна також висока, а ефект енергозбереження значний. Залежно від умов експлуатації, середній ефект енергозбереження становить близько 20%.