Leverandører af udstyr til frekvensomformere minder dig om, at i traditionelle frekvensstyringssystemer bestående af generelle frekvensomformere, asynkronmotorer og mekaniske belastninger, kan motoren være i en regenerativ bremsetilstand, når den potentielle belastning, der overføres af motoren, sænkes. Eller når motoren decelererer fra høj hastighed til lav hastighed (inklusive parkering), kan frekvensen pludselig falde, men på grund af motorens mekaniske inerti kan den være i en regenerativ strømgenereringstilstand. Den mekaniske energi, der er lagret i transmissionssystemet, omdannes til elektrisk energi af motoren og sendes tilbage til omformerens DC-kredsløb gennem omformerens seks friløbsdioder. På dette tidspunkt er omformeren i en ensrettet tilstand. Hvis der ikke træffes foranstaltninger til at forbruge energi i frekvensomformeren på dette tidspunkt, vil denne energi forårsage, at spændingen på energilagringskondensatoren i mellemkredsløbet stiger. Hvis bremsningen er for hurtig, eller den mekaniske belastning er et hejs, kan denne del af energien forårsage skade på frekvensomformeren, så vi bør overveje denne del af energien.
Generelt er der to af de mest almindeligt anvendte metoder til behandling af regenereret energi i frekvensomformere:
(1) Dissipation i "bremsemodstanden", der er kunstigt indstillet parallelt med kondensatoren i DC-kredsløbet, kaldes den dynamiske bremsetilstand;
(2) Hvis den føres tilbage til elnettet, kaldes det feedbackbremsetilstand (også kendt som regenerativ bremsetilstand). Der findes en anden bremsemetode, nemlig DC-bremsning, som kan bruges i situationer, hvor præcis parkering er påkrævet, eller når bremsemotoren roterer uregelmæssigt på grund af eksterne faktorer før start.
Mange eksperter har diskuteret design og anvendelse af bremsning med variabel frekvens i bøger og publikationer, især i den seneste tid har der været mange artikler om "energifeedbackbremsning". I dag præsenterer forfatteren en ny type bremsemetode, som har fordelene ved firekvadrantdrift med "feedbackbremsning" og høj driftseffektivitet, samt fordelene ved "energiforbrugsbremsning" for et forureningsfrit elnet og høj pålidelighed.
Energiforbrug ved bremsning
Metoden med at bruge bremsemodstanden i DC-kredsløbet til at absorbere motorens regenerative elektriske energi kaldes energiforbrugsbremsning.
Dens fordel er enkel konstruktion; ingen forurening af elnettet (sammenlignet med feedback-kontrol), lave omkostninger; Ulempen er lav driftseffektivitet, især ved hyppig opbremsning, hvilket vil forbruge en stor mængde energi og øge bremsemodstandens kapacitet.
Generelt er frekvensomformere, laveffektfrekvensomformere (under 22 kW), udstyret med en indbygget bremseenhed, som kun kræver en ekstern bremsemodstand. Højeffektfrekvensomformere (over 22 kW) kræver eksterne bremseenheder og bremsemodstande.
Feedbackbremsning
For at opnå energifeedbackbremsning kræves der betingelser som spændingsstyring ved samme frekvens og fase, feedbackstrømstyring osv. Den anvender aktiv inverterteknologi til at omdanne regenereret elektrisk energi til vekselstrøm med samme frekvens og fase som elnettet og returnere den til nettet, hvorved der opnås bremsning.
Fordelen ved feedbackbremsning er, at den kan fungere i fire kvadranter, og elektrisk energi-feedback forbedrer systemets effektivitet. Ulemperne er:
(1) Denne feedbackbremsemetode kan kun anvendes under stabil netspænding, der ikke er tilbøjelig til fejl (med netspændingsudsving på højst 10 %). Fordi der under bremsning af elproduktionen kan opstå kommutationsfejl, og komponenterne kan blive beskadiget, hvis spændingsfejltiden i elnettet er større end 2 ms.
(2) Under feedback er der harmonisk forurening af elnettet.
(3) Kontrollen er kompleks, og omkostningerne er høje.
Ny bremsemetode (kondensatorfeedbackbremsning)
Hovedkredsløbsprincip
Ensretningsdelen bruger en fælles, ukontrollerbar ensretterbro til ensretning, filterkredsløbet bruger en universel elektrolytisk kondensator, og forsinkelseskredsløbet bruger enten en kontaktor eller en tyristor. Lade- og feedbackkredsløbet består af et effektmodul IGBT, en lade- og feedbackreaktor L og en stor elektrolytisk kondensator C (med en kapacitet på omkring et par tiendedele af en meter, hvilket kan bestemmes i henhold til frekvensomformerens operativsystem). Inverterdelen består af effektmodul IGBT. Beskyttelseskredsløbet består af IGBT og effektmodstand.
1) Status for strømproduktion af elektrisk motor
CPU'en overvåger indgangsspændingen AC og DC-kredsløbsspændingen (μd) i realtid og bestemmer, om der skal sendes et opladningssignal til VT1. Når μd er højere end den tilsvarende DC-spændingsværdi (f.eks. 380VAC -530VDC) for indgangsspændingen AC, slukker CPU'en for VT3 og oplader elektrolytkondensatoren C gennem pulsledning af VT1. På dette tidspunkt er reaktoren L og elektrolytkondensatoren C adskilt for at sikre, at elektrolytkondensatoren C fungerer inden for et sikkert område. Når spændingen på elektrolytkondensatoren C nærmer sig en farlig værdi (f.eks. 370V), mens systemet stadig er i en strømgenererende tilstand, og den elektriske energi kontinuerligt sendes tilbage til DC-kredsløbet gennem inverteren, spiller sikkerhedskredsløbet en rolle i at opnå energiforbrugsbremsning (modstandsbremsning), styre slukning og tænding af VT3 og dermed realisere forbruget af overskydende energi af modstand R. Generelt forekommer denne situation ikke.
(2) Status for elektrisk motordrift
Når CPU'en registrerer, at systemet ikke længere oplader, leder den VT3 med pulser, hvilket skaber en øjeblikkelig positiv og negativ spænding til venstre på reaktor L. Kombineret med spændingen på den elektrolytiske kondensator C kan energifeedbackprocessen fra kondensatoren til DC-kredsløbet opnås. CPU'en styrer switchfrekvensen og duty cyclen for VT3 ved at detektere spændingen på den elektrolytiske kondensator C og spændingen i DC-kredsløbet, hvorved feedbackstrømmen styres og sikres, at DC-kredsløbsspændingen νd ikke bliver for høj.
Systemproblemer
(1) Udvælgelse af reaktorer
(a) Vi tager hensyn til driftsforholdenes særlige karakter og antager, at der opstår en bestemt fejl i systemet, hvilket får den potentielle energibelastning, som motoren bærer, til at accelerere frit og falde. På dette tidspunkt er motoren i en strømgenererende driftstilstand,
Den regenererede energi sendes tilbage til DC-kredsløbet gennem seks friløbsdioder, hvilket forårsager en stigning i ∆d og hurtigt sætter inverteren i en opladningstilstand. På dette tidspunkt vil strømmen være meget høj. Så den valgte reaktortråddiameter skal være stor nok til at lade strømmen passere på dette tidspunkt.
(b) For at frigive så meget elektrisk energi som muligt i feedback-sløjfen inden den næste opladning af den elektrolytiske kondensator, kan man ikke opnå målet ved at vælge en almindelig jernkerne (siliciumstålplade). Det er bedst at vælge en jernkerne lavet af ferritmateriale. Ud fra den ovenfor betragtede strømværdi kan man se, hvor stor denne jernkerne er. Det er ukendt, om der findes en så stor ferritjernkerne på markedet. Selv hvis der findes en, vil dens pris bestemt ikke være særlig lav.
Så foreslår forfatteren at bruge én reaktor til hvert opladnings- og feedbackkredsløb.
(2) Kontrolvanskeligheder
(a) I frekvensomformerens DC-kredsløb er spændingen νd generelt højere end 500VDC, mens modstandsspændingen for elektrolytkondensatoren C kun er 400VDC, hvilket indikerer, at styringen af denne opladningsproces ikke er som styringsmetoden for energibremsning (modstandsbremsning). Det øjeblikkelige spændingsfald, der genereres på reaktoren, er, og den øjeblikkelige opladningsspænding for elektrolytkondensatoren C er νc = νd - νL. For at sikre, at elektrolytkondensatoren fungerer inden for et sikkert område (≤ 400V), er det nødvendigt effektivt at styre spændingsfaldet νL på reaktoren, hvilket igen afhænger af den øjeblikkelige ændring af induktans og strøm.
(b) Under feedbackprocessen er det også nødvendigt at forhindre, at udladning af elektrisk energi fra elektrolytkondensatoren C forårsager for høj DC-kredsløbsspænding gennem reaktoren, hvilket resulterer i overspændingsbeskyttelse i systemet.
Vigtigste anvendelsesscenarier
Det er netop på grund af denne nye bremsemetodes (kondensatorfeedbackbremsning) overlegenhed for frekvensomformere, at mange brugere for nylig har foreslået at udstyre dette system baseret på deres udstyrs egenskaber. Med udvidelsen af frekvensomformeres anvendelsesområde vil denne anvendelsesteknologi have store udviklingsmuligheder. Specifikt anvendes den hovedsageligt i industrier som minehejs (til transport af personer eller lastning af materialer), skrånende minevogne (enkelt- eller dobbeltrør) og løftemaskiner. Under alle omstændigheder kan energifeedback-enheder bruges i situationer, der kræver det.