Доставчиците на устройства за обратна връзка по енергия ви напомнят, че честотните преобразуватели често срещат различни проблеми по време на отстраняване на грешки и употреба, сред които пренапрежението е най-често срещаното. След възникване на пренапрежение, за да се предотврати повреда на вътрешната верига, функцията за защита от пренапрежение на честотния преобразувател ще се активира, което ще доведе до спиране на работата на честотния преобразувател и в резултат на това оборудването да не работи правилно.
Следователно, трябва да се вземат мерки за елиминиране на пренапрежението и предотвратяване на появата на повреди. Поради различните сценарии на приложение на честотните преобразуватели и двигателите, причините за пренапрежение също са различни, така че трябва да се вземат съответните мерки според конкретната ситуация.
Генериране на пренапрежение в честотен преобразувател и регенеративно спиране
Така нареченото пренапрежение на честотен преобразувател се отнася до ситуация, при която напрежението на честотния преобразувател надвишава номиналното напрежение поради различни причини, което се проявява главно в постояннотоковото напрежение на постояннотоковата шина на честотния преобразувател.
По време на нормална работа, постояннотоковото напрежение на честотния преобразувател е средната стойност след трифазно пълновълново изправяне. Ако се изчисли въз основа на мрежово напрежение 380V, средното постояннотоково напрежение Ud=1,35U мрежово=513V.
При възникване на пренапрежение, кондензаторът за съхранение на енергия на DC шината ще се зареди. Когато напрежението се повиши до около 700V (в зависимост от модела), защитата от пренапрежение на честотния преобразувател ще се активира.
Има две основни причини за пренапрежение в честотните преобразуватели: пренапрежение по захранването и регенеративно пренапрежение.
Пренапрежението на захранването се отнася до ситуация, при която напрежението на DC шината надвишава номиналната стойност поради прекомерно напрежение на захранването. В днешно време входното напрежение на повечето честотни преобразуватели може да достигне до 460V, така че пренапрежението, причинено от захранването, е изключително рядко.
Основният въпрос, обсъждан в тази статия, е регенерацията на пренапрежение.
Основните причини за генериране на регенеративно пренапрежение са следните: когато натоварването на GD2 (въртящ момент на маховика) се забави, времето за забавяне, зададено от честотния преобразувател, е твърде кратко;
При спускане двигателят е подложен на външни сили (като вентилатори и разтягащи машини) или потенциални товари (като асансьори и кранове). Поради тези причини действителната скорост на двигателя е по-висока от зададената скорост на честотния преобразувател, което означава, че скоростта на ротора на двигателя надвишава синхронната скорост. В този момент скоростта на приплъзване на двигателя е отрицателна, а посоката на роторната намотка, която пресича въртящото се магнитно поле, е противоположна на тази в състоянието на двигателя. Генерираният от него електромагнитен въртящ момент е спирачният момент, който възпрепятства посоката на въртене. Така електродвигателят всъщност е в състояние на генериране и кинетичната енергия на товара се „регенерира“ в електрическа енергия.
Регенеративната енергия се зарежда към кондензатора за съхранение на постоянен ток на инвертора чрез диода за свободно движение на инвертора, което води до повишаване на напрежението на DC шината, което се нарича регенеративно пренапрежение. Въртящият момент, генериран по време на процеса на регенериране на пренапрежение, е противоположен на първоначалния въртящ момент, който е спирачният момент. Следователно, процесът на регенериране на пренапрежение е и процес на регенеративно спиране.
С други думи, елиминирането на регенеративната енергия увеличава спирачния момент. Ако регенеративната енергия не е голяма, самите инвертор и двигател имат регенеративен спирачен капацитет от 20 и тази част от електрическата енергия ще бъде консумирана от инвертора и двигателя. Ако тази енергия надвиши консумирания капацитет на честотния преобразувател и двигателя, кондензаторът на DC веригата ще се презареди и функцията за защита от пренапрежение на честотния преобразувател ще се активира, което ще доведе до спиране на работата. За да се избегне тази ситуация, е необходимо тази енергия да се освободи своевременно, като същевременно се увеличи спирачният момент, което е целта на регенеративното спиране.
Мерки за предотвратяване на пренапрежение на честотни преобразуватели
Поради различните причини за пренапрежение, предприетите мерки също са различни. За явлението пренапрежение, генерирано по време на паркиране, ако няма специални изисквания за време или място за паркиране, може да се използва методът за удължаване на времето за забавяне на честотния преобразувател или свободно паркиране за решаване на проблема. Така нареченото свободно паркиране се отнася до изключване на главния прекъсвач от честотния преобразувател, което позволява на двигателя да се плъзга свободно и да спре.
Ако има определени изисквания за време за паркиране или място за паркиране, може да се използва функцията за DC спиране.
Функцията на DC спиране е да забави двигателя до определена честота и след това да приложи DC захранване към статорната намотка на двигателя, за да образува статично магнитно поле.
Намотката на ротора на двигателя прекъсва това магнитно поле и генерира спирачен момент, който преобразува кинетичната енергия на товара в електрическа енергия и я консумира под формата на топлина във веригата на ротора на двигателя. Следователно, този тип спиране е известен още като енергоемко спиране. Процесът на DC спиране всъщност включва два процеса: регенеративно спиране и енергоемко спиране. Този метод на спиране има ефективност само 30-60% от регенеративното спиране, а спирачният момент е сравнително малък. Поради факта, че консумацията на енергия в двигателя може да причини прегряване, времето за спиране не трябва да бъде твърде дълго.
Освен това, началната честота, времето за спиране и спирачното напрежение на DC спирането се задават ръчно и не могат да се регулират автоматично въз основа на нивото на регенеративното напрежение. Следователно, DC спирането не може да се използва при пренапрежение, генерирано по време на нормална работа, и може да се използва само за спиране по време на паркиране.
За пренапрежението, причинено от прекомерния GD2 (въртящ момент на маховика) на товара по време на забавяне (от висока скорост до ниска скорост без спиране), може да се приложи метод за подходящо удължаване на времето за забавяне, за да се реши проблемът. Всъщност, този метод използва и принципа на регенеративното спиране. Удължаването на времето за забавяне контролира само скоростта на зареждане на инвертора чрез регенеративното напрежение на товара, така че да се използва разумно капацитетът на регенеративното спиране на самия инвертор. Що се отнася до товарите, които карат двигателя да бъде в регенеративно състояние поради външни сили (включително потенциално освобождаване на енергия), тъй като те работят нормално в състояние на спиране, регенеративната енергия е твърде висока, за да бъде консумирана от самия честотен преобразувател. Следователно е невъзможно да се използва DC спиране или да се удължи времето за забавяне.
В сравнение с DC спирането, регенеративното спиране има по-висок спирачен момент, а големината на спирачния момент може да се контролира автоматично от спирачния блок на честотния преобразувател в зависимост от необходимия спирачен момент на товара (т.е. нивото на регенеративна енергия). Следователно, регенеративното спиране е най-подходящо за осигуряване на спирачен момент на товара по време на нормална работа.
Метод на регенеративно спиране с честотно преобразуване:
1. Тип, консумиращ енергия:
Този метод включва паралелно свързване на спирачен резистор в постояннотоковата верига на честотен преобразувател и управление на включването/изключването на силов транзистор чрез откриване на напрежението на постояннотоковата шина. Когато напрежението на постояннотоковата шина се повиши до около 700V, силовият транзистор провежда ток, предавайки регенерираната енергия на резистора и консумирайки я под формата на топлинна енергия, като по този начин предотвратява повишаването на постояннотоковото напрежение. Поради невъзможността за използване на регенерираната енергия, той принадлежи към типа, консумиращ енергия. Като енергоемък тип, разликата му от постояннотоковото спиране е, че консумира енергия на спирачния резистор извън двигателя, така че двигателят няма да прегрее и може да работи по-често.
2. Тип абсорбция от паралелна DC шина:
Подходящ за многомоторни задвижващи системи (като например машини за разтягане), в които всеки двигател изисква честотен преобразувател, множество честотни преобразуватели споделят един мрежов преобразувател и всички инвертори са свързани паралелно към обща DC шина. В тази система често има един или няколко двигателя, работещи нормално в състояние на спиране. Двигателят в състояние на спиране се движи от други двигатели, за да генерира регенеративна енергия, която след това се абсорбира от двигателя в електрическо състояние чрез паралелна DC шина. Ако не може да бъде напълно абсорбирана, тя ще бъде консумирана чрез споделен спирачен резистор. Регенерираната енергия тук се абсорбира частично и се използва, но не се връща обратно в електрическата мрежа.
3. Тип енергийна обратна връзка:
Инверторният конвертор с обратна връзка по енергия от страната на мрежата е обратим. Когато се генерира регенеративна енергия, обратимият конвертор я връща обратно към мрежата, позволявайки пълното ѝ използване. Този метод обаче изисква висока стабилност на захранването и при внезапно прекъсване на захранването ще възникне инверсия и преобръщане.