Los proveedores de equipos de soporte de convertidores de frecuencia le recuerdan que en el sistema de control de frecuencia tradicional que consta de convertidores de frecuencia universales, motores asíncronos y cargas mecánicas, cuando se descarga la carga de energía de bits impulsada por el motor, el motor puede estar en un estado de frenado de generación de energía regenerativa; O cuando el motor disminuye la velocidad de alta a baja velocidad (incluida la parada), la frecuencia puede caer, pero debido a la inercia mecánica del motor, el motor puede estar en un estado de generación de energía regenerativa y la energía mecánica almacenada en el sistema de transmisión se convierte en electricidad por el motor eléctrico, que se devuelve al circuito de CC del inversor a través de los seis diodos de corriente continua del inversor.
En general, en los convertidores de frecuencia, hay dos métodos más comúnmente utilizados para procesar energía renovable:
(1) "Resistencia de frenado" en paralelo con el condensador colocado artificialmente en el circuito de CC, llamado estado de frenado dinámico;
(2) El retorno a la red se denomina estado de frenado por retroalimentación (también conocido como frenado regenerativo). Existe también un método de frenado, el frenado de CC, que puede utilizarse en situaciones que requieren un estacionamiento preciso o una rotación irregular del freno del motor antes del arranque debido a factores externos.
En libros y publicaciones, numerosos expertos han abordado el diseño y la aplicación del frenado por inversor, especialmente recientemente, con numerosos artículos sobre el frenado por retroalimentación de energía. Hoy, el autor ofrece un nuevo método de frenado que ofrece las ventajas del frenado por retroalimentación en cuatro cuadrantes, una alta eficiencia operativa y las ventajas del frenado por consumo de energía para la red eléctrica, sin contaminación y con alta fiabilidad.
Freno de energía
El uso de la resistencia de frenado establecida en el circuito de CC para absorber la energía eléctrica renovable del motor se denomina frenado por consumo de energía.
Sus ventajas son la construcción simple; no hay contaminación a la red (en comparación con la retroalimentación), bajo costo; la desventaja es la baja eficiencia operativa, especialmente cuando el frenado frecuente consumirá mucha energía y aumentará la capacidad de la resistencia de frenado.
En general, los convertidores de frecuencia de baja potencia (menos de 22 kW) incorporan una unidad de frenado, por lo que solo es necesario añadir una resistencia de frenado. Los convertidores de alta potencia (más de 22 kW) requieren una unidad de frenado externa, es decir, una resistencia de frenado.
Freno de retroalimentación
Para lograr el frenado por retroalimentación energética se requieren control de voltaje, frecuencia, fase y corriente de retroalimentación, entre otras condiciones. Se utiliza tecnología de inversión activa para revertir la electricidad renovable que se inyecta a la red con la misma frecuencia y fase de CA, logrando así el frenado.
La ventaja del frenado por retroalimentación es que puede operar en cuatro cuadrantes, como se muestra en la Figura 3. La retroalimentación de energía eléctrica mejora la eficiencia del sistema. Sus desventajas son:
(1) Este método de frenado por retroalimentación solo se puede utilizar con una tensión de red estable y resistente a fallos (con una fluctuación de la tensión de red inferior al 10%). Dado que, cuando el freno de generación de energía está en funcionamiento, el tiempo de fallo de la tensión de red es superior a 2 ms, puede producirse un fallo por cambio de fase y dañar el dispositivo.
(2) En la retroalimentación, hay contaminación armónica a la red.
(3) Control complejo, alto costo.
Nuevo tipo de frenado (frenado por retroalimentación capacitiva)
Principio del circuito principal
La rectificación utiliza un puente rectificador común incontrolable, el circuito de filtro utiliza un condensador electrolítico común y el circuito de retardo utiliza un contactor o silicio controlable. La carga, el módulo de potencia IGBT de enrutamiento de retroalimentación, la carga, la resistencia de retroalimentación L y el condensador electrolítico grande C (la capacidad es de aproximadamente cero puntos; se puede determinar según el sistema operativo donde se ubica el convertidor de frecuencia). El inversor consta del módulo de potencia IGBT. El circuito de protección consta del IGBT y la resistencia de potencia.
(1) Estado operativo de generación de energía del motor eléctrico
Monitoreo en tiempo real de la CPU del voltaje de CA de entrada y el voltaje del circuito de CC νd, decide si enviar una señal de carga a VT1, una vez que νd es mayor que el voltaje de CA de entrada correspondiente al valor de voltaje de CC (por ejemplo, 380 VCA-530 VCC) a un valor determinado, la CPU apaga VT3, a través de la conducción de pulsos de VT1 para lograr el proceso de carga del capacitor electrolítico C. En este momento, la resistencia L se divide en el capacitor electrolítico C, asegurando así que el capacitor electrolítico C funcione dentro del rango seguro.
(2) Estado de funcionamiento eléctrico del motor eléctrico
Cuando la CPU detecta que el sistema ya no tiene carga, conduce el pulso VT3, de modo que la línea en la resistencia L se convierte en un voltaje negativo instantáneo (como se muestra en el icono). La suma del voltaje en el condensador electrolítico C permite la retroalimentación de energía del condensador al circuito de CC. La CPU controla la frecuencia de conmutación del VT3 y la relación de vacancia detectando el voltaje y el voltaje del circuito de CC en el condensador electrolítico C. De esta manera, controla la corriente de retroalimentación para garantizar que el voltaje del circuito de CC νd no sea demasiado alto.
Dificultades del sistema
(1) Selección de la resistencia
(a) Tenemos en cuenta las peculiaridades de las condiciones de trabajo, asumiendo que el sistema tiene algún tipo de fallo, que lleve a la aceleración libre de la carga de la broca contenida en el motor, cuando el motor está en un estado de operación de generación de energía,
La energía renovable se devuelve al circuito de CC a través de seis diodos de corriente continua, lo que provoca un aumento de νd, lo que provoca que el convertidor de frecuencia entre en estado de carga rápidamente, momento en el cual la corriente será elevada. Por lo tanto, el diámetro del cable de la resistencia seleccionada debe ser lo suficientemente grande como para permitir el paso de la corriente en este momento.
(b), en el bucle de retroalimentación, para hacer que el condensador electrolítico antes de la siguiente carga libere la mayor cantidad de energía eléctrica posible, la elección del núcleo de hierro ordinario (placa de acero al silicio) no puede lograr el propósito, es mejor elegir el núcleo de hierro hecho de material de óxido ferroso, y luego mirar la consideración anterior de que el valor actual es tan grande, puede ver cuán grande es este núcleo de hierro, no sé si hay un núcleo de hierro tan grande en el mercado, incluso si lo hay, su precio ciertamente no será muy bajo.
Por lo tanto, sugiero que los circuitos de carga y retroalimentación utilicen cada uno una resistencia eléctrica.
(2) Dificultades en el control
(a) En el circuito de CC del convertidor de frecuencia, la tensión νd suele ser superior a 500 VCC, y la tensión de resistencia del condensador electrolítico C es de tan solo 400 VCC. Como se puede observar, el control de este proceso de carga no es similar al método de control de frenado por energía (frenado por resistencia). Su tensión transitoria en la resistencia se reduce a νc = νd - νL. Para garantizar que el condensador electrolítico funcione dentro del rango de seguridad (≤400 V), es necesario controlar eficazmente la caída de tensión νL en la resistencia, que depende de la inductancia y de la tasa de variación instantánea de la corriente.
(b) En el proceso de retroalimentación, también se debe evitar que la energía eléctrica liberada por el condensador electrolítico C provoque un voltaje excesivo en el circuito de CC a través de la resistencia, de modo que el sistema parezca tener protección contra sobretensión.
Aplicaciones principales y ejemplos de aplicaciones
Debido a las ventajas de este nuevo tipo de frenado (frenado capacitivo) del convertidor de frecuencia, recientemente muchos usuarios han propuesto equipar sus equipos con este sistema. Debido a la dificultad técnica, se desconoce si existe un método de frenado similar en el extranjero. Actualmente, solo Shandong Fengguan Electronics Co., Ltd. ha adoptado este nuevo tipo de frenado capacitivo en ascensores mineros desde el convertidor de frecuencia que utilizaba anteriormente (aún existen dos en funcionamiento normal). Hasta la fecha, este convertidor de frecuencia con frenado capacitivo ha estado funcionando con normalidad durante un largo periodo en la mina de carbón de seguridad de Shandong Ningyang y en la provincia de Shanxi Taiyuan, cubriendo así esta deficiencia a nivel nacional.
Con la expansión del campo de aplicaciones de los convertidores de frecuencia, esta tecnología será muy prometedora, especialmente en jaulas colgantes de minas (con personal o de carga), camiones mineros de pozos cónicos (de uno o dos cilindros), maquinaria de elevación y otras industrias. En resumen, se pueden aprovechar las necesidades de dispositivos de retroalimentación de energía.