Dodavatelé zařízení pro zpětnou vazbu energie pro frekvenční měniče připomínají, že v současnosti se v systémech řízení otáček s převodem frekvence střídavého proudu široce používá jednoduché brzdění na základě spotřeby energie, které má nevýhody, jako je plýtvání elektrickou energií, silné ohřev odporu a nízký rychlý brzdný výkon. Pokud asynchronní motory často brzdí, je použití zpětnovazebního brzdění velmi účinnou metodou úspory energie a zabraňuje poškození životního prostředí a zařízení během brzdění. Uspokojivých výsledků bylo dosaženo v odvětvích, jako jsou elektrické lokomotivy a těžba ropy. S neustálým objevováním nových výkonových elektronických zařízení, rostoucí nákladovou efektivitou a povědomím lidí o úsporách energie a snižování spotřeby existuje široká škála aplikačních perspektiv.
Princip zpětnovazebního brzdění
V systému regulace otáček s proměnnou frekvencí se zpomalování a zastavení motoru dosahuje postupným snižováním frekvence. V okamžiku, kdy frekvence klesá, se synchronní rychlost motoru odpovídajícím způsobem snižuje. V důsledku mechanické setrvačnosti však otáčky rotoru motoru zůstávají nezměněny a změna otáček má určité časové zpoždění. V tomto okamžiku budou skutečné otáčky větší než dané otáčky, což vede k situaci, kdy zpětná elektromotorická síla e motoru je vyšší než stejnosměrné svorkové napětí u frekvenčního měniče, tj. e>u. V tomto okamžiku se elektromotor stává generátorem, který nejenže nevyžaduje napájení ze sítě, ale může do sítě také dodávat elektřinu. To má nejen dobrý brzdný účinek, ale také přeměňuje kinetickou energii na elektrickou energii, kterou lze odeslat do sítě k rekuperaci energie, čímž zabije dvě mouchy jednou ranou. Samozřejmě, aby se toho dosáhlo, musí existovat jednotka zpětné vazby energie pro automatické řízení. Kromě toho by obvod zpětné vazby energie měl také zahrnovat tlumivky střídavého a stejnosměrného proudu, odporové kapacitní absorbéry, elektronické spínače atd.
Jak je dobře známo, můstkový usměrňovací obvod obecných frekvenčních měničů je třífázový a neřiditelný, takže nemůže dosáhnout obousměrného přenosu energie mezi stejnosměrným obvodem a napájecím zdrojem. Nejúčinnějším způsobem, jak tento problém vyřešit, je použití aktivní invertorové technologie, přičemž usměrňovací část využívá reverzibilní usměrňovač, známý také jako síťový měnič. Řízením síťového měniče se regenerovaná elektrická energie invertuje na střídavý proud se stejnou frekvencí, fází a frekvencí jako síť a přivádí se zpět do sítě za účelem brzdění. Dříve se v aktivních invertorových jednotkách používaly hlavně tyristorové obvody, které mohly bezpečně provádět zpětnovazební provoz pouze za stabilního síťového napětí, které není náchylné k poruchám (kolísání síťového napětí nepřesahující 10 %). Tento typ obvodu může bezpečně provádět zpětnovazební provoz měniče pouze za stabilního síťového napětí, které není náchylné k poruchám (s kolísáním síťového napětí nepřesahujícím 10 %). Protože během brzdění při výrobě energie, pokud je doba brzdění síťového napětí delší než 2 ms, může dojít k selhání komutace a k poškození součástí. Kromě toho má tato metoda při hluboké regulaci nízký účiník, vysoký obsah harmonických a překrývající se komutaci, což způsobuje zkreslení průběhu napětí v elektrické síti. Současně je regulace složitá a nákladná. S praktickým využitím plně řízených zařízení byly vyvinuty reverzibilní měniče řízené střídačem využívající PWM řízení. Tímto způsobem je struktura střídače na straně sítě zcela stejná jako u střídače, oba využívající PWM řízení.
Z výše uvedené analýzy je patrné, že pro skutečné dosažení brzdění střídače zpětnou vazbou energie je klíčem k řízení střídače na straně sítě. Následující text se zaměřuje na algoritmus řízení střídače na straně sítě s využitím plně řízených zařízení a metody PWM řízení.
Charakteristiky zpětnovazebního brzdění
Přísně vzato, střídač na straně sítě nelze jednoduše označovat jako „usměrňovač“, protože může fungovat jak jako usměrňovač, tak jako střídač. Díky použití samovypínacích zařízení lze velikost a fázi střídavého proudu řídit vhodným PWM režimem, čímž se vstupní proud blíží sinusové vlně a zajišťuje se, že účiník systému se vždy blíží 1. Když rekuperační výkon vracený z střídače brzděním motoru zvyšuje stejnosměrné napětí, lze fázi vstupního střídavého proudu obrátit od fáze napájecího napětí, aby se dosáhlo regenerativního provozu, a rekuperační výkon lze přivádět zpět do střídavé sítě, zatímco systém může stále udržovat stejnosměrné napětí na dané hodnotě. V tomto případě střídač na straně sítě pracuje v aktivním stavu střídače. To usnadňuje dosažení obousměrného toku výkonu a má rychlou dynamickou rychlost odezvy. Zároveň tato topologická struktura umožňuje systému plně řídit výměnu jalového a činného výkonu mezi stranou střídavého a stejnosměrného proudu s účinností až 97 % a významnými ekonomickými výhodami. Tepelné ztráty představují 1 % spotřeby energie při brzdění a neznečišťují elektrickou síť. Účiník je přibližně 1, což je šetrné k životnímu prostředí. Zpětnovazební brzdění lze proto široce používat pro energeticky úsporný provoz ve scénářích energeticky zpětnovazebního brzdění u PWM AC přenosu, zejména v situacích, kdy je vyžadováno časté brzdění. Výkon elektromotoru je také vysoký a energeticky úsporný efekt je značný. V závislosti na provozních podmínkách je průměrný energeticky úsporný efekt přibližně 20 %.