Các nhà cung cấp thiết bị phản hồi năng lượng cho bộ biến tần xin lưu ý rằng trong các hệ thống điều khiển tần số truyền thống bao gồm bộ biến tần, động cơ không đồng bộ và tải cơ học, khi tải trọng tiềm năng do động cơ truyền đi giảm xuống, động cơ có thể ở trạng thái phanh tái tạo; hoặc khi động cơ giảm tốc từ tốc độ cao xuống tốc độ thấp (bao gồm cả khi dừng), tần số có thể giảm đột ngột, nhưng do quán tính cơ học của động cơ, nó có thể ở trạng thái phát điện tái tạo. Có hai phương pháp để xử lý năng lượng tái tạo của bộ biến tần: một là phương pháp xả năng lượng điện trở; Một là phương pháp phản hồi ngược. Phương pháp phản hồi ngược là cấu trúc "PWM kép" bao gồm các phần tử chuyển mạch được điều khiển hoàn toàn, nhưng chi phí cao của nó hạn chế việc sử dụng rộng rãi. Dưới đây là phần giới thiệu về một phương pháp phản hồi mới để tái tạo năng lượng trong bộ biến tần.
Nguyên lý hoạt động của phản hồi năng lượng
Phản hồi năng lượng tái tạo là phản hồi năng lượng điện tích lũy ở cả hai đầu tụ lọc do động cơ tạo ra trong trạng thái hãm tái tạo về lưới điện. Là một mạch phản hồi, cần đáp ứng hai điều kiện:
(1) Khi biến tần hoạt động bình thường, thiết bị phản hồi không hoạt động. Thiết bị phản hồi chỉ hoạt động khi điện áp bus DC cao hơn một giá trị nhất định. Khi điện áp bus DC giảm trở lại bình thường, cần tắt thiết bị phản hồi kịp thời, nếu không sẽ làm tăng gánh nặng cho mạch chỉnh lưu.
(2) Dòng điện phản hồi của biến tần phải có thể kiểm soát được.
Phần biến tần
Thyristor V1-V6 tạo thành mạch nghịch lưu cầu ba pha. Thyristor có ưu điểm là giá thành thấp, điều khiển đơn giản, vận hành tin cậy và công nghệ tiên tiến. Tuy nhiên, thyristor là linh kiện bán điều khiển, và mạch nghịch lưu cấu thành từ thyristor phải đảm bảo góc nghịch lưu tối thiểu lớn hơn 30°, nếu không sẽ dễ gây ra hỏng hóc nghịch lưu, nhưng điều này lại làm cho điện áp bình thường của bus DC cao hơn điện áp nghịch lưu. Mạch nghịch lưu cấu thành từ thyristor có thể khởi động nghịch lưu bằng cách phát ra xung kích hoạt, nhưng không thể dừng nghịch lưu bằng cách hủy xung kích hoạt. Nếu xung kích hoạt bị hủy trong quá trình nghịch lưu, sẽ dẫn đến hậu quả nghiêm trọng là hỏng hóc nghịch lưu. Do đó, cần phải sử dụng phương pháp ngắt mạch DC để dừng nghịch lưu.
Chức năng của VT có hai mặt: một là điều khiển việc khởi động hoặc dừng mạch biến tần. Khi VT được bật, điện áp DC được áp dụng cho cầu biến tần để khởi động biến tần; Khi VT bị tắt, mạch DC bị cắt và biến tần dừng (lúc này, xung kích hoạt là tùy chọn). Điện áp bình thường của bus DC là khoảng DC600V (xem xét dao động ± 10% trong điện áp lưới). Việc khởi động và dừng của biến tần phụ thuộc vào độ lớn của điện áp bus DC và áp dụng điều khiển trễ. Khi điện áp bus DC cao hơn 1,2 × 600V, biến tần được khởi động và khi thấp hơn 1,1 × 600V, biến tần bị tắt. Một chức năng khác của VT là điều khiển độ lớn của dòng điện biến tần.
Kiểm soát dòng điện biến tần
Khi đảo chiều, điện áp bus DC và điện áp biến tần được kết nối song song với cùng cực tính, điện áp bus cao hơn điện áp biến tần. Độ tự cảm L được sử dụng để cân bằng chênh lệch điện áp. Việc điều khiển VT có thể áp dụng phương pháp điều khiển trễ dòng điện PWM, và phương pháp trễ dòng điện được sử dụng ở đây.
Khi iL<I Α L-IL, VT dẫn điện; Điện áp một chiều được đặt vào cuộn cảm L và cầu nghịch lưu, tạo thành dòng điện theo đường dẫn ①, và dòng điện iL bắt đầu tăng; Khi iL tăng trên I3 L+IL, VT bị ngắt và cuộn cảm tiếp tục chạy qua diode D. Dòng điện iL bắt đầu giảm. Khi iL giảm xuống I3 L-IL, VT dẫn điện trở lại và iL bắt đầu tăng trở lại. Nhờ sự thay đổi bật/tắt của VT, dòng điện nghịch lưu iL được duy trì ở giá trị đặt I3, và bất kể giá trị đỉnh của điện áp nghịch lưu thay đổi như thế nào, nhờ sử dụng điều khiển chuyển mạch tần số cao, độ tự cảm L có thể được giữ ở mức rất nhỏ.
Tóm lại, việc dẫn điện VT phải đáp ứng đồng thời hai điều kiện: (1) điện áp DC Uc cao hơn giới hạn trên của điện áp đã đặt; (2) Khi dòng điện biến tần iL nhỏ hơn giới hạn dưới của dòng điện đã đặt.
Việc tắt VT phải đáp ứng một trong hai điều kiện sau: (1) điện áp DC Uc thấp hơn giới hạn dưới của điện áp đã đặt; (2) Khi dòng điện biến tần iL vượt quá giới hạn trên đã đặt.
Để tránh việc chuyển mạch VT thường xuyên, điều khiển trễ được sử dụng cho điện áp Uc và dòng điện iL, và chiều rộng vòng lặp là sự khác biệt giữa giới hạn trên và giới hạn dưới đã đặt.
Tính toán độ tự cảm
Để đơn giản hóa phép tính và bỏ qua sự thay đổi tức thời của điện áp biến tần Vd Β, được coi là một đại lượng không đổi, có thể thu được phương trình sau: L diL dt=Uc Ud Β Giải phương trình này ta được t1=2ILL Uc Ud Β, trong đó IL - độ rộng trễ dòng điện;
Uc - điện áp một chiều; Ud Β - giá trị trung bình của điện áp biến tần.
Trong khoảng thời gian t2, VT tắt và điện áp tiếp tục chạy qua D.
Có phương trình sau: L diL dt=- Ud Β Giải: t2=2ILL Ud Β Chu kỳ cắt: T=t1+t2=2ILLUc Ud Β (Uc Ud Β) Tần số cắt: f=Ud Β (Uc Ud Β) Độ tự cảm IILLUc: L=Ud Β (Uc Ud Β) 2ILUCf. Phương trình trên chỉ ra rằng khi f rất cao, L rất nhỏ. Điều này khác với các mạch nghịch lưu thyristor thông thường. Công thức trên có thể được sử dụng làm cơ sở để lựa chọn độ tự cảm.
Tính toán dòng xả tụ điện
Chỉ khi VT dẫn điện, mới có dòng điện xả chảy ra khỏi tụ điện. Do đó, giá trị trung bình của dòng điện xả là: Ic=t1T1 3 L. Thay công thức trên vào công thức chu kỳ cắt, kết quả là: Ic=Ud Β Uc I 3 L