Sagedusmuundurite energiatagasisideseadmete tarnijad tuletavad meelde, et praegu kasutatakse vahelduvvoolu sagedusmuunduri kiiruse juhtimissüsteemides laialdaselt lihtsat energiatarbega pidurdamist, millel on puudused, nagu elektrienergia raiskamine, tugev takistuse kuumenemine ja halb kiire pidurduse jõudlus. Kui asünkroonmootorid pidurdavad sageli, on tagasisidepidurduse kasutamine väga tõhus energiasäästu meetod ning väldib keskkonna ja seadmete kahjustamist pidurdamise ajal. Rahuldavaid tulemusi on saavutatud sellistes tööstusharudes nagu elektrivedurid ja naftatootmine. Uute jõuelektroonikaseadmete pideva ilmumise, kulutõhususe suurenemise ja inimeste teadlikkuse suurenemisega energia säästmisest ja tarbimise vähendamisest on rakenduste väljavaated laiad.
Energiatagasiside piduriseade sobib eriti hästi olukordadesse, kus mootori võimsus on suur, näiteks 100 kW või suurem, seadme inertsimoment gd2 on suur ja see kuulub korduva lühiajalise pideva töö süsteemi. Aeglustus väheneb suurelt kiiruselt madalale kiirusele suurel määral, pidurdusaeg on lühike ja on vaja tugevat pidurdamist. Energiasäästuefekti parandamiseks ja energiakadude vähendamiseks pidurdamise ajal on vaja ka aeglustusenergiat tagasi võtta ja see elektrivõrku tagasi suunata, et saavutada energiasäästuefekt.
Tagasiside pidurdamise põhimõte
Muutuva sagedusega kiiruse reguleerimise süsteemis saavutatakse mootori aeglustus ja seiskamine sageduse järkjärgulise vähendamise teel. Sageduse vähenemise hetkel väheneb vastavalt ka mootori sünkroonkiirus. Mehaanilise inertsi tõttu jääb mootori rootori kiirus aga muutumatuks ja kiiruse muutumisel on teatav ajanihe. Sel hetkel on tegelik kiirus suurem kui etteantud kiirus, mille tulemuseks on olukord, kus mootori tagumine elektromotoorjõud e on suurem kui sagedusmuunduri alalisvoolu klemmide pinge u, st e > u. Sel hetkel muutub elektrimootor generaatoriks, mis mitte ainult ei vaja elektrivõrku toidet, vaid saab ka võrku elektrit saata. See mitte ainult ei oma head pidurdusefekti, vaid muundab ka kineetilise energia elektrienergiaks, mida saab võrku saata energia taaskasutamiseks, tappes kaks kärbest ühe hoobiga. Selle saavutamiseks peab loomulikult olema automaatse juhtimise jaoks energia tagasiside seade. Lisaks peaks energia tagasiside vooluring sisaldama ka vahelduv- ja alalisvoolu reaktoreid, takistusmahtuvuse neelajaid, elektroonilisi lüliteid jne.
Nagu teada, on üldiste sagedusmuundurite sildalaldi kolmefaasiline ja seda ei saa juhtida, mistõttu on alalisvooluahela ja toiteallika vahel võimatu saavutada kahesuunalist energiaülekannet. Selle probleemi efektiivne lahendus on aktiivinverteri tehnoloogia kasutamine ning alaldi osas kasutatakse pööratavat alaldit, mida tuntakse ka võrgupoolse muundurina. Võrgupoolse inverteri juhtimise abil inverteeritakse regenereeritud elektrienergia vahelduvvooluks, millel on sama sagedus, faas ja sagedus kui võrgul, ning suunatakse tagasi võrku pidurdamiseks. Varem kasutati aktiivinverterites peamiselt türistorahelaid, mis suutsid ohutult tagasisiderežiimi teostada ainult stabiilse ja riketevaba võrgupinge korral (võrgupinge kõikumised ei ületa 10%). Seda tüüpi vooluring suutsid ohutult tagasisiderežiimi teostada ainult stabiilse ja riketevaba võrgupinge korral (võrgupinge kõikumised ei ületa 10%). Sest elektrienergia tootmise pidurdamise ajal, kui võrgupinge pidurdusaeg on pikem kui 2 ms, võib tekkida kommutatsioonitõrge ja komponendid võivad kahjustuda. Lisaks on sellel meetodil sügavjuhtimise ajal madal võimsustegur, suur harmooniliste sisaldus ja kattuv kommutatsioon, mis põhjustab elektrivõrgu pinge lainekuju moonutusi. Samaaegselt on juhtimise keerukus ja kõrge hind. Täielikult juhitavate seadmete praktilise rakendamisega on inimesed välja töötanud PWM-juhtimist kasutavad katkestusjuhtimisega pööratavad muundurid. Sel viisil on võrgupoolse inverteri struktuur täiesti sama, mis inverteril, mõlemad kasutavad PWM-juhtimist.
Ülaltoodud analüüsist nähtub, et inverteri energiatagasiside pidurdamise tõeliseks saavutamiseks on võtmetähtsusega võrgupoolse inverteri juhtimine. Järgnev tekst keskendub võrgupoolse inverteri juhtimisalgoritmile, kasutades täielikult juhitavaid seadmeid ja PWM-juhtimismeetodit.
juhtimisalgoritm
Võrgupoolsete inverterite juhtimisalgoritm kasutab tavaliselt vektorjuhtimisalgoritmi, kus vdc, v * dc ja △ vdc tähistavad vastavalt alalisvoolusiinil oleva pinge mõõdetud väärtust, etteantud väärtust ja juhtimisviga; id, i*d, Δ id tähistab võrgupoolse inverteri d-telje mõõdetud väärtust, etteantud väärtust ja juhtimisviga; iq, i*q, Δ iq tähistab võrgupoolse muunduri q-telje voolu mõõdetud väärtust, etteantud väärtust ja juhtimisviga; Δ v * d, v * d ja v * q tähistavad vastavalt võrgupoolse inverteri d-telje väljundpinge hälbe seadeväärtust, d-telje väljundpinge seadeväärtust ja q-telje väljundpinge seadeväärtust; EABC, V * ABC ja IABC tähistavad vastavalt võrgupotentsiaali, võrgupoolse muunduri väljundpinge ja väljundvoolu kolmefaasilisi hetkväärtusi; nt φ tähistab vastavalt võrgupotentsiaali amplituudi ja faasi.
Vektorjuhtimisalgoritm arvutab mõõdetud alalisvoolusiinil oleva pinge ja etteantud väärtuse vahe ning saab PI-regulaatori kaudu d-telje voolu etteantud väärtuse; Seejärel, tuginedes võrgupinge mõõdetud faasile, teisendatakse võrgupoolse inverteri mõõdetud väljundvool sünkroonselt koordinaatteisenduse abil, et saada d-telje voolu ja q-telje voolu mõõdetud väärtused. Pärast pi korrigeerimist liidetakse d-telje väärtus võrgupinge amplituudiga, et saada d-telje pinge ja q-telje pinge etteantud väärtused. Pärast sünkroonset koordinaatpöördteisendust saadakse väljund.
Selle algoritmi eeliseks on kõrge juhtimistäpsus ja hea dünaamiline reaktsioon; puuduseks on see, et juhtimisalgoritmis on palju koordinaatteisendusi ja algoritm on keeruline, nõudes juhtprotsessorilt suurt arvutusvõimsust.
See kasutab voolu jälgiva PWM-alaldi kompositsiooni. See lihtsustatud algoritm korrutab d-telje voolu seadeväärtuse otse mõõdetud võrgupinge faasiotsingu tabelist saadud kolmefaasilise siinusreferentsväärtusega, et saada kolmefaasilise väljundvoolu seadeväärtus, ja seejärel teostab lihtsa pi-reguleerimise, et saada kolmefaasilise väljundpinge seadeväärtus ja see väljastada. Koordinaatteisenduse arvutuste väljajätmise tõttu selles algoritmis on juhtprotsessori arvutusvõimsuse nõuded suhteliselt madalad. Teisest küljest on PI-regulaatori enda omaduste tõttu vahelduvvoolu voolu juhtimisel teatav püsiseisundi viga, seega on selle algoritmi võimsustegur madalam kui standardsel vektorjuhtimisalgoritmil. Dünaamiliste protsesside ajal on alalisvoolu siini pinge kõikumine suhteliselt suur ning alalisvoolu siini pinge ja muude rikete tekkimise tõenäosus kiirete dünaamiliste protsesside ajal on suhteliselt suur.
Tagasiside pidurdusomadused
Rangelt võttes ei saa võrgupoolset inverterit nimetada lihtsalt "alaldiks", kuna see võib toimida nii alaldi kui ka inverterina. Iselülituvate seadmete kasutamise tõttu saab vahelduvvoolu suurust ja faasi juhtida sobiva PWM-režiimi abil, muutes sisendvoolu siinuslainele lähenevaks ja tagades, et süsteemi võimsustegur läheneb alati 1-le. Kui mootori aeglustuspidurduse abil inverterist tagastatud regeneratiivvõimsus suurendab alalispinget, saab vahelduvvoolu sisendvoolu faasi toitepinge faasist ümber pöörata, et saavutada regeneratiivne töö, ja regeneratiivvõimsust saab suunata tagasi vahelduvvooluvõrku, samal ajal kui süsteem suudab alalisvoolupinget etteantud väärtusel hoida. Sellisel juhul töötab võrgupoolne inverter aktiivse inverteri olekus. See hõlbustab kahesuunalise võimsusvoo saavutamist ja sellel on kiire dünaamiline reageerimiskiirus. Samal ajal võimaldab see topoloogiastruktuur süsteemil täielikult kontrollida reaktiiv- ja aktiivvõimsuse vahetust vahelduv- ja alalisvoolupoolte vahel, saavutades kuni 97% efektiivsuse ja märkimisväärse majandusliku kasu. Soojuskadu moodustab 1% pidurdamise energiatarbimisest ja see ei saasta elektrivõrku. Võimsustegur on umbes 1, mis on keskkonnasõbralik. Seetõttu saab tagasisidepidurdust laialdaselt kasutada energiasäästlikuks tööks PWM-vahelduvvooluülekande energiatagasisidepidurduse stsenaariumides, eriti olukordades, kus on vaja sagedast pidurdamist. Elektrimootori võimsus on samuti suur ja energiasäästu efekt on märkimisväärne. Sõltuvalt töötingimustest on keskmine energiasäästu efekt umbes 20%. Tagasisidejuhtimise rakendamise ainus puudus on juhtimissüsteemi keeruline struktuur.
Kokkuvõttes võib öelda, et energia tagasiside süsteemil on energiatarbimise pidurdamise ja alalisvoolupidurdamise ees palju suuremad eelised. Tagasiside pidurdamise abil regenereeritud elektrienergia võrku tagasi suunamine võib vähendada energiatarbimist ja säästa elektrienergia kulusid. Seetõttu on praeguses Hiina eri osades kiire majandusarengu tõttu tekkinud elektrienergia nappuse olukorras tagasiside pidurite edendamine ja rakendamine olulise energiasäästu tähtsusega.