Dodavatelé podpůrného zařízení pro frekvenční měniče připomínají, že v tradičním systému řízení frekvence, který se skládá z univerzálních frekvenčních měničů, asynchronních motorů a mechanických zátěží, se motor může při vybití bitové energetické zátěže poháněné motorem nacházet ve stavu regenerativního brzdění; nebo když se motor zpomalí z vysoké rychlosti na nízkou rychlost (včetně zastavení), frekvence může klesnout, ale v důsledku mechanické setrvačnosti motoru se může motor nacházet ve stavu regenerativního generování energie a uložená mechanická energie v přenosové soustavě je elektromotorem přeměněna na elektřinu, která se vrací do stejnosměrného obvodu střídače prostřednictvím šesti diod s kontinuálním proudem střídače.
V frekvenčních měničích se obecně používají dvě nejčastěji používané metody zpracování obnovitelné energie:
(1) „Brzdný odpor“ paralelně s kondenzátorem uměle nastaveným ve stejnosměrném obvodu, nazývaný stav dynamického brzdění;
(2) pro návrat do sítě se nazývá stav zpětnovazebního brzdění (také známý jako stav rekuperačního brzdění). Existuje také metoda brzdění, tj. stejnosměrné brzdění, kterou lze použít v situacích vyžadujících přesné parkování nebo nerovnoměrné otáčení motorové brzdy před rozjezdem v důsledku vnějších faktorů.
V knihách a publikacích se mnoho odborníků zabývá návrhem a aplikací brzdění s měničem, zejména v poslední době se objevilo mnoho článků o „brzdění s energetickou zpětnou vazbou“. Autor dnes nabízí nový typ brzdné metody, která má výhody čtyřkvadrantového provozu „brzdění s zpětnou vazbou“, vysoké provozní účinnosti a také výhody „brzdění spotřebou energie“ pro síť bez znečištění a vysoké spolehlivosti.
Energetická brzda
Využití brzdného odporu nastaveného ve stejnosměrném obvodu k absorpci obnovitelné elektrické energie motoru se nazývá brzdění se spotřebou energie.
Jeho výhodami jsou jednoduchá konstrukce; žádné znečištění sítě (ve srovnání se zpětnou vazbou), nízké náklady; nevýhodou je nízká provozní účinnost, zejména při častém brzdění, které spotřebovává hodně energie a zvyšuje se brzdný odpor.
Obecně platí, že u běžných měničů kmitočtu, malé měniče kmitočtu (pod 22 kW) mají zabudovanou brzdnou jednotku, stačí přidat pouze brzdný odpor. Měniče kmitočtu s vysokým výkonem (nad 22 kW) vyžadují externí brzdnou jednotku a brzdný odpor.
Zpětnovazební brzda
Pro dosažení brzdění se zpětnou vazbou energie je nutné řízení napětí, frekvence a fáze, řízení proudu se zpětnou vazbou a další podmínky. Používá se technologie aktivní reverzace, která reverzně vrací obnovitelný elektrický proud do sítě se stejnou frekvencí a fází zpět do sítě, čímž se dosáhne brzdění.
Výhodou zpětnovazebního brzdění je, že může běžet ve čtyřech kvadrantech, jak je znázorněno na obrázku 3, zpětnovazební elektrická energie zlepšuje účinnost systému. Jeho nevýhody jsou:
(1) Tuto metodu zpětnovazebního brzdění lze použít pouze za stabilního síťového napětí, které snadno neselže (kolísání síťového napětí není větší než 10 %). Protože při provozu brzdy generátoru energie je doba výpadku síťového napětí delší než 2 ms, může dojít k selhání fázovou změnou a poškození zařízení.
(2) Ve zpětné vazbě dochází k harmonickému znečištění sítě.
(3) Složité ovládání, vysoké náklady.
Nový typ brzdění (kapacitní zpětnovazební brzdění)
Princip hlavního obvodu
Usměrňovací část využívá pro usměrnění společný neřiditelný usměrňovací můstek, filtrační obvod využívá společný elektrolytický kondenzátor, zpožďovací obvod využívá stykač nebo řiditelný křemíkový kondenzátor. Nabíjecí, zpětnovazební a směrovací výkonový modul IGBT, nabíjecí, zpětnovazební rezistor L a velký elektrolytický kondenzátor C (kapacita je přibližně nula bodů, lze ji určit podle operačního systému, kde je umístěn frekvenční měnič). Měničová část se skládá z výkonového modulu IGBT. Ochranný obvod se skládá z IGBT a výkonového rezistoru.
(1) Provozní stav generátoru energie elektromotoru
CPU monitoruje v reálném čase vstupní střídavé napětí a napětí stejnosměrného obvodu νd a rozhoduje o tom, zda odeslat nabíjecí signál do VT1. Jakmile je νd vyšší než vstupní střídavé napětí odpovídající hodnotě stejnosměrného napětí (např. 380VAC-530VDC) na určitou hodnotu, CPU vypne VT3 a pulzním vedením VT1 dosáhne procesu nabíjení elektrolytického kondenzátoru C. V tomto okamžiku je rezistor L rozdělen do elektrolytického kondenzátoru C, čímž je zajištěno, že elektrolytický kondenzátor C pracuje v bezpečném rozsahu.
(2) Provozní stav elektrického motoru
Když CPU detekuje, že systém již není nabitý, vyšle impuls do VT3, takže se na vodiči na rezistoru L okamžitě objeví záporné napětí vlevo a vpravo (jak je znázorněno na ikoně). Napětí na elektrolytickém kondenzátoru C pak umožňuje zpětnou vazbu energie z kondenzátoru do stejnosměrného obvodu. CPU řídí spínací frekvenci VT3 a poměr obsazenosti detekcí napětí a napětí stejnosměrného obvodu na elektrolytickém kondenzátoru C, čímž řídí zpětnovazební proud, aby se zajistilo, že napětí νd v stejnosměrném obvodu nebude příliš vysoké.
Systémové potíže
(1) Výběr rezistoru
(a) Bereme v úvahu zvláštnosti provozních podmínek za předpokladu, že systém má nějakou poruchu, která vede k volnému zrychlení zátěže vrtáku obsaženého v motoru, když je motor ve stavu výroby energie.
Obnovitelná energie se vrací do stejnosměrného obvodu přes šest diod pro kontinuální proud, což způsobuje nárůst νd a rychlé uvedení frekvenčního měniče do stavu nabití, kdy bude proud velký. Proto by zvolený průměr rezistorového vodiče měl být dostatečně velký, aby v tomto okamžiku propouštěl proud.
(b) ve zpětnovazební smyčce, aby elektrolytický kondenzátor před dalším nabitím uvolnil co nejvíce elektrické energie, volba běžného železného jádra (křemíkový ocelový plech) není schopna dosáhnout tohoto cíle, je nejlepší zvolit železné jádro vyrobené z oxidu železitého. Poté, co se výše uvedené úvahy o velikosti proudu podíváte, uvidíte, jak velké je toto železné jádro. Nevím, zda je na trhu k dispozici takové velké železné jádro, a i kdyby ano, jeho cena rozhodně nebude příliš nízká.
Proto navrhuji, aby nabíjecí i zpětnovazební obvody používaly elektrický rezistor.
(2) Potíže s kontrolou
(a) V stejnosměrném obvodu frekvenčního měniče je napětí νd obecně vyšší než 500 V DC a odporové napětí elektrolytického kondenzátoru C je pouze 400 V DC. Je zřejmé, že řízení tohoto procesu nabíjení se liší od metody řízení energetickým brzděním (odporové brzdění). Jeho přechodové napětí na rezistoru se sníží na νc = νd-νL, takže přechodové nabíjecí napětí elektrolytického kondenzátoru C je νc = νd-νL. Aby elektrolytický kondenzátor pracoval v bezpečném rozsahu (≤400 V), je nutné účinně regulovat úbytek napětí νL na rezistoru. Úbytek napětí νL závisí na velikosti indukčnosti a okamžité rychlosti změny proudu.
(b) V procesu zpětné vazby musí být také zabráněno tomu, aby elektrická energie uvolněná elektrolytickým kondenzátorem C způsobila nadměrné napětí stejnosměrného obvodu přes rezistor, aby se systém jevil jako ochrana proti přepětí.
Hlavní aplikace a příklady aplikací
Právě kvůli výhodám tohoto nového typu brzdění (kapacitní zpětnovazební brzdění) frekvenčního měniče v poslední době mnoho uživatelů navrhlo vybavit tento systém charakteristikami svého zařízení. Vzhledem k technickým obtížím není známo, zda taková metoda brzdění existuje i v zahraničí. V současné době pouze společnost Shandong Fengguan Electronics Co., Ltd. přešla na tento nový typ kapacitního zpětnovazebního brzdění řady důlních výtahů z frekvenčního měniče, který v minulosti zpětnovazební brzdění používal (stále jsou v normálním provozu 2). Doposud tento kapacitní zpětnovazební brzdný frekvenční měnič dlouhodobě normálně funguje v uhelném dole Shandong Ningyang Security Coal Mine a v provincii Shanxi Taiyuan a tuto mezeru doma zaplňuje.
S rozšířením oblasti aplikací frekvenčních měničů bude tato aplikační technologie velmi slibná, konkrétně se bude používat hlavně v důlních závěsných klecích (s obsluhou nebo nakládacích), těžebních vozech s úkosovými vrty (jedno- nebo dvouválcových), zdvihacích strojích a dalších průmyslových odvětvích. Stručně řečeno, lze využít potřebu zařízení pro zpětnou vazbu energie.