Пастаўшчыкі абсталявання для падтрымкі пераўтваральнікаў частаты нагадваюць, што ў традыцыйных сістэмах кіравання частатой, якія складаюцца з агульных пераўтваральнікаў частаты, асінхронных рухавікоў і механічных нагрузак, калі патэнцыйная нагрузка, якая перадаецца рухавіком, зніжаецца, рухавік можа знаходзіцца ў стане рэкуператыўнага тармажэння; або калі рухавік запавольваецца з высокай хуткасці да нізкай (у тым ліку падчас паркоўкі), частата можа раптоўна знізіцца, але з-за механічнай інерцыі рухавіка ён можа знаходзіцца ў стане рэкуператыўнай выпрацоўкі энергіі. Механічная энергія, якая назапашваецца ў сістэме перадачы, пераўтвараецца рухавіком у электрычную энергію і адпраўляецца назад у ланцуг пастаяннага току інвертара праз шэсць дыёдаў свабоднага ходу інвертара. У гэты час інвертар знаходзіцца ў выпрамленым стане. У гэты момант, калі не будуць прыняты меры па спажыванні энергіі ў пераўтваральніку частаты, гэтая энергія прывядзе да павышэння напружання на кандэнсатары назапашвання энергіі ў прамежкавым ланцугу. Калі тармажэнне занадта хуткае або механічная нагрузка - гэта пад'ёмнік, гэтая частка энергіі можа прывесці да пашкоджання пераўтваральніка частаты, таму мы павінны ўлічваць гэтую частку энергіі.
У пераўтваральніках частаты існуюць два найбольш распаўсюджаныя метады апрацоўкі рэгенераванай энергіі:
(1) Рассейванне энергіі ў "тармазным рэзістары", штучна ўключаным паралельна кандэнсатару ў ланцугу пастаяннага току, называецца станам дынамічнага тармажэння;
(2) Калі ток падаецца назад у электрасетку, гэта называецца станам тармажэння з зваротнай сувяззю (таксама вядомым як стан рэкуператыўнага тармажэння). Існуе іншы метад тармажэння, а менавіта тармажэнне пастаянным токам, які можна выкарыстоўваць у сітуацыях, калі патрабуецца дакладная паркоўка або калі тармазны рухавік круціцца нерэгулярна з-за знешніх фактараў перад запускам.
Шматлікія эксперты абмяркоўвалі распрацоўку і прымяненне тармажэння з дапамогай прывада з пераменнай частатой у кнігах і публікацыях, асабліва ў апошні час з'явілася шмат артыкулаў пра «тармазное з зваротнай сувяззю па энергіі». Сёння аўтар прадстаўляе новы тып метаду тармажэння, які мае перавагі чатырохквадрантнага рэжыму працы з «тармазным з зваротнай сувяззю» і высокай эфектыўнасці працы, а таксама перавагі «тармазнога з спажываннем энергіі» для чыстай электрасеткі і высокай надзейнасці.
Спажыванне энергіі пры тармажэнні
Метад выкарыстання тармазнога рэзістара, усталяванага ў ланцугу пастаяннага току, для паглынання рэгенератыўнай электрычнай энергіі рухавіка называецца тармажэннем з спажываннем энергіі.
Яго перавагай з'яўляецца простая канструкцыя; адсутнасць забруджвання электрасеткі (у параўнанні з кіраваннем з зваротнай сувяззю), нізкі кошт; недахопам — нізкая эфектыўнасць працы, асабліва пры частым тармажэнні, якое спажывае вялікую колькасць энергіі і павялічвае ёмістасць тармазнога рэзістара.
Звычайна ў агульных пераўтваральніках частаты пераўтваральнікі частаты нізкай магутнасці (ніжэй за 22 кВт) абсталяваны ўбудаваным тармазным блокам, які патрабуе толькі знешняга тармазнога рэзістара. Пераўтваральнікі частаты высокай магутнасці (вышэй за 22 кВт) патрабуюць знешніх тармазных блокаў і тармазных рэзістараў.
Тармазная сістэма з зваротнай сувяззю
Для дасягнення тармажэння з зваротнай сувяззю па энергіі неабходныя такія ўмовы, як кантроль напружання на той жа частаце і фазе, кантроль току з зваротнай сувяззю і г.д. У ім выкарыстоўваецца актыўная інвертарная тэхналогія для пераўтварэння рэгенераванай электрычнай энергіі ў пераменны ток той жа частаты і фазы, што і электрасетка, і вяртання яе ў сетку, тым самым дасягаючы тармажэння.
Перавага тармажэння з зваротнай сувяззю заключаецца ў тым, што яно можа працаваць у чатырох квадрантах, а зваротная сувязь па электрычнай энергіі павышае эфектыўнасць сістэмы. Яго недахопы:
(1) Гэты метад тармажэння з зваротнай сувяззю можа выкарыстоўвацца толькі пры стабільным напружанні сеткі, якое не схільнае да збояў (пры ваганнях напружання сеткі, якія не перавышаюць 10%). Бо падчас тармажэння генерацыі энергіі, калі час збою напружання ў электрасетцы перавышае 2 мс, можа адбыцца збой камутацыі і пашкоджанне кампанентаў.
(2) Падчас зваротнай сувязі ў электрасетку ўзнікае гарманічнае забруджванне.
(3) Кантроль складаны і каштуе дорага.
Новы метад тармажэння (тармазная сістэма з зваротнай сувяззю на кандэнсатары)
Прынцып галоўнай схемы
Выпрамляльная частка выкарыстоўвае звычайны некіраваны выпрамляльны мост для выпрамлення, схема фільтрацыі выкарыстоўвае універсальны электралітычны кандэнсатар, а схема затрымкі выкарыстоўвае альбо кантактар, альбо тырыстар. Схема зарадкі і зваротнай сувязі складаецца з сілавога модуля IGBT, зараднага і зваротнага рэактара L і вялікага электралітычнага кандэнсатара C (ёмістасць якога складае каля некалькіх дзесятых метра, што можна вызначыць у залежнасці ад аперацыйнай сістэмы пераўтваральніка частоты). Інвертарная частка складаецца з сілавога модуля IGBT. Схема абароны складаецца з IGBT і сілавога рэзістара.
1) Стан працы электрарухавіка для выпрацоўкі энергіі
Працэсар кантралюе ўваходнае пераменнае напружанне і напружанне ланцуга пастаяннага току (μd) у рэжыме рэальнага часу і вызначае, ці пасылаць сігнал зарадкі на VT1. Як толькі μd перавышае адпаведнае значэнне пастаяннага напружання (напрыклад, 380VAC - 530VDC) уваходнага пераменнага напружання, працэсар выключае VT3 і зараджае электралітычны кандэнсатар C імпульснай праводнасцю VT1. У гэты час рэактар L і электралітычны кандэнсатар C падключаюцца, каб забяспечыць працу электралітычнага кандэнсатара C у бяспечным дыяпазоне. Калі напружанне на электралітычным кандэнсатары C набліжаецца да небяспечнага значэння (напрыклад, 370V), пакуль сістэма ўсё яшчэ знаходзіцца ў стане выпрацоўкі энергіі, і электрычная энергія пастаянна вяртаецца ў ланцуг пастаяннага току праз інвертар, схема бяспекі гуляе пэўную ролю ў дасягненні тармажэння спажываннем энергіі (рэзістыўнага тармажэння), кіруючы выключэннем і ўключэннем VT3 і, такім чынам, рэалізуючы спажыванне лішняй энергіі рэзістарам R. Звычайна такая сітуацыя не ўзнікае.
(2) Стан працы электрарухавіка
Калі працэсар выяўляе, што сістэма больш не зараджаецца, ён імпульсна праводзіць VT3, ствараючы імгненнае левае дадатнае і правае адмоўнае напружанне на рэактары L. У спалучэнні з напружаннем на электралітычным кандэнсатары C можна дасягнуць працэсу зваротнай сувязі па энергіі ад кандэнсатара да ланцуга пастаяннага току. Працэсар кіруе частатой пераключэнняў і каэфіцыентам запаўнення VT3, выяўляючы напружанне на электралітычным кандэнсатары C і напружанне ў ланцугу пастаяннага току, тым самым кантралюючы ток зваротнай сувязі і гарантуючы, што напружанне ў ланцугу пастаяннага току νd не стане занадта высокім.
Праблемы з сістэмай
(1) Выбар рэактараў
(a) Мы ўлічваем асаблівасці ўмоў працы і мяркуем, што ў сістэме ўзнікла пэўная няспраўнасць, у выніку якой патэнцыйная энергетычная нагрузка, якую пераносіць рухавік, свабодна паскараецца і змяншаецца. У гэты час рухавік знаходзіцца ў стане выпрацоўкі энергіі.
Рэгенераваная энергія вяртаецца ў ланцуг пастаяннага току праз шэсць дыёдаў з вольным ходам, што прыводзіць да павелічэння Δd і хуткага пераводу інвертара ў стан зарадкі. У гэты час ток будзе вельмі высокім. Таму абраны дыяметр рэактара павінен быць дастаткова вялікім, каб прапускаць ток у гэты час.
(b) У контуры зваротнай сувязі, каб вызваліць як мага больш электрычнай энергіі перад наступным зарадам электралітычнага кандэнсатара, выбар звычайнага жалезнага стрыжня (ліста крэмніевай сталі) не дасягне мэты. Лепш за ўсё выбраць жалезны стрыжань з ферыту. Зыходзячы з прыведзенага вышэй значэння току, можна ўбачыць, наколькі вялікі гэты жалезны стрыжань. Невядома, ці ёсць на рынку такі вялікі ферытавы жалезны стрыжань. Нават калі ён ёсць, яго цана дакладна не будзе вельмі нізкай.
Такім чынам, аўтар прапануе выкарыстоўваць па адным рэактары для кожнай схемы зарадкі і зваротнай сувязі.
(2) Цяжкасці ў кантролі
(a) У ланцугу пастаяннага току пераўтваральніка частаты напружанне νd звычайна перавышае 500 В пастаяннага току, у той час як вытрымлівальнае напружанне электралітычнага кандэнсатара C складае ўсяго 400 В пастаяннага току, што сведчыць аб тым, што кіраванне гэтым працэсам зарадкі не падобна на метад кіравання энергетычным тармажэннем (рэзістыўным тармажэннем). Імгненнае падзенне напружання, якое генеруецца на рэактары, складае , а імгненнае напружанне зарадкі электралітычнага кандэнсатара C складае νc=νd - νL. Каб забяспечыць працу электралітычнага кандэнсатара ў бяспечным дыяпазоне (≤ 400 В), неабходна эфектыўна кантраляваць падзенне напружання νL на рэактары, якое, у сваю чаргу, залежыць ад імгненнай хуткасці змены індуктыўнасці і току.
(b) Падчас працэсу зваротнай сувязі неабходна таксама прадухіліць разрад электрычнай энергіі з электралітычнага кандэнсатара C, які можа выклікаць празмернае напружанне пастаяннага току праз рэактар, што прывядзе да абароны ад перанапружання ў сістэме.
Асноўныя сцэнарыі прымянення
Менавіта з-за перавагі гэтага новага метаду тармажэння (тармазнога механізму з зваротнай сувяззю на кандэнсатары) частасных пераўтваральнікаў многія карыстальнікі нядаўна прапанавалі абсталяваць гэтую сістэму ў залежнасці ад характарыстык свайго абсталявання. З пашырэннем вобласці прымянення частасных пераўтваральнікаў гэтая тэхналогія будзе мець вялікія перспектывы развіцця. У прыватнасці, яна ў асноўным выкарыстоўваецца ў такіх галінах прамысловасці, як шахтныя пад'ёмнікі (для перавозкі людзей або пагрузкі матэрыялаў), нахільныя шахтныя вагонеткі (адна- або двухтрубныя) і пад'ёмныя машыны. У любым выпадку, прылады з зваротнай сувяззю па энергіі могуць выкарыстоўвацца ў сітуацыях, якія іх патрабуюць.