В енергийната и електротехническата промишленост честотните преобразуватели се използват главно за пестене на енергия и подобряване на производствените процеси. Като енергоспестяващи и регулиращи скоростта устройства за двигатели, те се използват широко в металургията, енергетиката, водоснабдяването, петролната, химическата, въгледобивната и други области. Същността на блока за енергийна обратна връзка на честотния преобразувател е активната инверсия. Методът на внедряване на блока за енергийна обратна връзка на общия честотен преобразувател е да подава регенерираната енергия към мрежата чрез антипаралелни трифазни инвертори в неконтролирания токоизправител на предния етап на общия честотен преобразувател. Главната верига на блока за енергийна обратна връзка е съставена главно от инверторен мост, състоящ се от тиристори, IGBT транзистори, IPM модули и някои периферни вериги.
Изходният край на инверторния мост е свързан към входните клеми R, S и T на честотния преобразувател чрез три дроселови реактора, а входният край е свързан към положителния клем на DC страната на универсалния честотен преобразувател чрез изолационен диод, за да се осигури еднопосочен поток на енергия в посока „мрежа на активния инверторен мост на честотния преобразувател“. Функцията на дроселовия реактор е да балансира разликата в напрежението, да ограничава тока и да филтрира, играейки ключова роля в обратната връзка на регенеративната енергия към електрическата мрежа.
Работният процес на системата е следният: когато двигателят работи, активното инверторно устройство не работи и всички превключватели на инвертора са блокирани и в изключено състояние; когато двигателят е в състояние на регенеративно генериране на енергия, енергията се подава обратно към мрежата от двигателя и активното инверторно устройство трябва да бъде стартирано, за да работи.
Активирането на активното инверторно устройство по време на енергийна обратна връзка се контролира от величината на постояннотоковото напрежение Ud на честотния преобразувател. Основата е, че когато двигателят е в електрическо състояние, постояннотоковото напрежение на честотния преобразувател остава практически постоянно. Когато двигателят е в състояние на генериращо спиране, регенеративната енергия на променливотоковия двигател зарежда кондензатора за съхранение на енергия в средната постояннотокова връзка на честотния преобразувател, което води до повишаване на напрежението на постояннотокова шина. Докато величината на Ud е засечена, може да се определи състоянието на двигателя и активното инверторно устройство може да се управлява за постигане на енергийна обратна връзка.
Когато енергията се подава обратно към DC страната от двигателя, което води до превишаване на пиковото напрежение на DC шината на електрическата мрежа, токоизправителят на универсалния честотен преобразувател ще се изключи поради обратното напрежение; Когато напрежението на DC шината продължи да се повишава и надвиши началното работно напрежение на активния инвертор, инверторът започва да работи, връщайки енергия обратно към мрежата от DC страната; Когато напрежението на DC шината падне до работното напрежение на инвертора, активният инвертор се изключва.
Чрез използването на активен инвертор за обратна връзка към електрическата мрежа на регенеративната енергия, генерирана по време на забавяне и спиране на двигателя, универсалният честотен преобразувател може да преодолее ниската ефективност и трудността при изпълнение на изискванията за бързо спиране и често въртене напред/назад, причинени от традиционното използване на спирачни резистори, което позволява на универсалния честотен преобразувател да работи в четири квадранта.
1) Система за управление с обратна връзка за енергия
Цялостната система за управление на обратната връзка по енергия трябва да отговаря на условията за управление на фаза, напрежение, ток и др., което изисква процесът на обратна връзка да бъде синхронизиран с фазата на мрежата, а активното инверторно устройство трябва да се стартира само когато напрежението на DC шината надвиши определена стойност; Системата трябва да може да контролира величината на тока на обратната връзка, като по този начин контролира спирачния момент на двигателя и постига прецизно спиране.
2) Два вида универсални устройства за обратна връзка с честотен преобразувател
Преди това основната верига на устройствата за обратна връзка с енергия се е състояла предимно от тиристори и IGBT транзистори. През последните години някои нови видове устройства за обратна връзка с енергия също използват интелигентни модули, като например IPM, за да опростят системната структура на устройствата за обратна връзка с енергия.
(1) Тиристорен блок за обратна връзка по енергия:
Главната верига за енергийна обратна връзка е съставена от тиристорни устройства, които също са ранни устройства за енергийна обратна връзка. Използват се не само в честотни преобразуватели, но и при спиране на някои DC обратими системи за управление на скоростта.
① Работно състояние на универсалния честотен преобразувател в посока напред: Когато двигателят е в електрическо състояние, токоизправителят на честотния преобразувател работи, докато тиристорното устройство в блока за обратна връзка не е задействано и е в състояние на изключване, а токоизправителят работи в посока напред. Управляемата инверторна част на инвертора е задействана, за да работи, неуправляемата част за обратно изправяне е в състояние на изключване и инверторът работи в посока напред.
② Обратно работно състояние на универсалния честотен преобразувател: Когато двигателят е в състояние на генериране, токоизправителят на честотния преобразувател е в състояние на изключване и тиристорните устройства в блока за обратна връзка по енергията се задействат. Управляемата инверторна част на инвертора все още работи, неуправляемата част за обратно изправяне е в работно състояние и инверторът работи в обратна посока.
(2) IGBT блок за обратна връзка с енергия:
Главната верига за обратна връзка по енергия е съставена от IGBT устройства, които най-често се използват в общите честотни преобразуватели. Свободно въртящият се диод, интегриран в IGBT устройствата, не може да се използва като токоизправително устройство поради ограничението на изолационния диод, свързан към постоянната страна. Цената му би трябвало да е по-висока от тази на тиристорния блок за обратна връзка по енергия.
① Работно състояние на универсалния честотен преобразувател в посока напред: Когато двигателят е в електрическо състояние, токоизправителят на честотния преобразувател работи, докато IGBT устройството в блока за обратна връзка не е задействано и е в състояние на изключване, а токоизправителят работи в посока напред. IGBT устройствата в инвертора са задействани, за да работят, а неконтролираната част за обратно изправяне е в състояние на изключване, докато инверторът работи в посока напред.
② Обратно работно състояние на универсалния честотен преобразувател: Когато двигателят е в състояние на генериране, токоизправителят на честотния преобразувател е в състояние на изключване и IGBT устройството в блока за обратна връзка по енергия се задейства. IGBT устройствата в инвертора все още работят, а неконтролираната част за обратно изправяне работи, което кара инвертора да работи в обратна посока.