Taajuusmuuttajien tukilaitteiden toimittajat muistuttavat, että perinteisissä taajuusmuuttajista, asynkronimoottoreista ja mekaanisista kuormista koostuvissa taajuussäätöjärjestelmissä moottorin välittämän potentiaalisen kuormituksen pienentyessä moottori voi olla regeneratiivisessa jarrutustilassa. Tai kun moottori hidastuu suuresta nopeudesta pieneen nopeuteen (mukaan lukien pysäköinti), taajuus voi laskea äkillisesti, mutta moottorin mekaanisen inertian vuoksi se voi olla regeneratiivisessa energiantuotantotilassa. Siirtojärjestelmään varastoitu mekaaninen energia muunnetaan moottorin avulla sähköenergiaksi ja lähetetään takaisin invertterin tasavirtapiiriin invertterin kuuden vapaasti pyörivän diodin kautta. Tässä vaiheessa invertteri on tasasuunnatussa tilassa. Jos tässä vaiheessa ei tehdä mitään energiankulutusta taajuusmuuttajassa, tämä energia aiheuttaa välipiirin energian varastointikondensaattorin jännitteen nousun. Jos jarrutus on liian nopea tai mekaaninen kuormitus on suuri, tämä energian osa voi vahingoittaa taajuusmuuttajaa, joten meidän tulisi ottaa huomioon tämä energian osa.
Yleisesti ottaen taajuusmuuttajissa on kaksi yleisintä menetelmää regeneroidun energian käsittelyyn:
(1) Häviötä "jarrutusvastukseen", joka on keinotekoisesti kytketty rinnan kondensaattorin kanssa tasavirtapiirissä, kutsutaan dynaamiseksi jarrutustilaksi;
(2) Jos se syötetään takaisin sähköverkkoon, sitä kutsutaan takaisinkytkentäjarrutustilaksi (tunnetaan myös regeneratiivisena jarrutustilana). On olemassa toinenkin jarrutusmenetelmä, nimittäin tasavirtajarrutus, jota voidaan käyttää tilanteissa, joissa tarvitaan tarkkaa pysäköintiä tai kun jarrumoottori pyörii epäsäännöllisesti ulkoisten tekijöiden vuoksi ennen käynnistystä.
Monet asiantuntijat ovat käsitelleet muuttuvataajuusmuuttajan jarrutuksen suunnittelua ja soveltamista kirjoissa ja julkaisuissa, erityisesti viime aikoina on ollut paljon artikkeleita "energiatakaisinkytkentäjarrutuksesta". Tänään kirjoittaja esittelee uudentyyppisen jarrutusmenetelmän, jolla on neljän kvadrantin toiminnan edut "takaisinkytkentäjarrutuksella" ja korkea käyttöhyötysuhde sekä "energiankulutusjarrutuksen" edut saasteettomille sähköverkoille ja korkea luotettavuus.
Energiankulutus jarrutuksessa
Tasavirtapiiriin asetetulla jarruvastuksella absorboidaan moottorin regeneratiivista sähköenergiaa, ja sitä kutsutaan energiankulutusjarrutukseksi.
Sen etuna on yksinkertainen rakenne; Ei saasteita sähköverkkoon (verrattuna takaisinkytkentäohjaukseen), alhaiset kustannukset; Haittapuolena on alhainen käyttötehokkuus, erityisesti tiheän jarrutuksen aikana, mikä kuluttaa paljon energiaa ja lisää jarrutusvastuksen kapasiteettia.
Yleisesti ottaen pienitehoisissa taajuusmuuttajissa (alle 22 kW) on sisäänrakennettu jarruyksikkö, joka vaatii vain ulkoisen jarruvastuksen. Suuritehoisissa taajuusmuuttajissa (yli 22 kW) tarvitaan ulkoiset jarruyksiköt ja jarruvastukset.
Takaisinkytkentäjarrutus
Energiatakaisinkytkentäjarrutuksen saavuttamiseksi tarvitaan olosuhteita, kuten jännitteen säätö samalla taajuudella ja vaiheella, takaisinkytkentävirran säätö jne. Se käyttää aktiivista invertteritekniikkaa muuntaakseen regeneroidun sähköenergian saman taajuuden ja vaiheen vaihtovirraksi kuin sähköverkko ja palauttaakseen sen verkkoon, jolloin jarrutus saavutetaan.
Takaisinkytkentäjarrutuksen etuna on, että se voi toimia neljässä kvadrantissa ja sähköenergian takaisinkytkentä parantaa järjestelmän hyötysuhdetta. Sen haittoja ovat:
(1) Tätä takaisinkytkentäjarrutusmenetelmää voidaan käyttää vain vakaalla verkkojännitteellä, joka ei ole altis häiriöille (verkkojännitteen vaihtelut eivät ylitä 10 %). Koska sähköntuotantojarrutuksen aikana, jos sähköverkon jännitevika-aika on yli 2 ms, voi tapahtua kommutointihäiriö ja komponentit voivat vaurioitua.
(2) Takaisinkytkennän aikana sähköverkkoon tulee harmonista saastetta.
(3) Ohjaus on monimutkaista ja kustannukset ovat korkeat.
Uusi jarrutusmenetelmä (kondensaattoritakaisinkytkentäjarrutus)
Pääpiirin periaate
Tasasuuntausosa käyttää yleistä ohjaamatonta tasasuuntaussiltaa tasasuuntaukseen, suodatuspiiri käyttää yleiskäyttöistä elektrolyyttikondensaattoria ja viivepiiri joko kontaktoria tai tyristoria. Lataus- ja takaisinkytkentäpiiri koostuu tehomoduulista IGBT, lataus- ja takaisinkytkentäreaktorista L ja suuresta elektrolyyttikondensaattorista C (jonka kapasiteetti on noin muutama kymmenesosa metriä, joka voidaan määrittää taajuusmuuttajan käyttöjärjestelmän mukaan). Invertteriosa koostuu tehomoduulista IGBT. Suojauspiiri koostuu IGBT:stä ja tehovastuksesta.
1) Sähkömoottorin sähköntuotannon toimintatila
CPU valvoo tulon vaihtojännitettä ja tasavirtapiirin jännitettä (μd) reaaliajassa ja määrittää, lähetetäänkö lataussignaali VT1:lle. Kun μd on korkeampi kuin vastaava tasavirtajännitteen arvo (kuten 380 VAC - 530 VDC), CPU sammuttaa VT3:n ja lataa elektrolyyttikondensaattorin C VT1:n pulssijohtamisen kautta. Tällöin reaktori L ja elektrolyyttikondensaattori C erotetaan toisistaan sen varmistamiseksi, että elektrolyyttikondensaattori C toimii turvallisella alueella. Kun elektrolyyttikondensaattorin C jännite lähestyy vaarallista arvoa (kuten 370 V) järjestelmän ollessa vielä sähköntuotantotilassa ja sähköenergiaa lähetetään jatkuvasti takaisin tasavirtapiiriin invertterin kautta, turvapiirillä on rooli energiankulutusjarrutuksen (vastusjarrutuksen) toteuttamisessa, VT3:n sammuttamisen ja käynnistymisen ohjaamisessa ja siten vastuksen R ylimääräisen energiankulutuksen toteuttamisessa. Yleensä tätä tilannetta ei esiinny.
(2) Sähkömoottorin toimintatila
Kun CPU havaitsee, että järjestelmä ei enää lataudu, se pulssittaa VT3:n, jolloin reaktoriin L syntyy hetkellinen vasen positiivinen ja oikea negatiivinen jännite. Yhdessä elektrolyyttikondensaattorin C jännitteen kanssa voidaan saavuttaa energian takaisinkytkentäprosessi kondensaattorista tasavirtapiiriin. CPU ohjaa VT3:n kytkentätaajuutta ja käyttösuhdetta havaitsemalla elektrolyyttikondensaattorin C jännitteen ja tasavirtapiirin jännitteen, jolloin takaisinkytkentävirtaa säädetään ja varmistetaan, että tasavirtapiirin jännite ν d ei nouse liian korkeaksi.
Järjestelmäongelmat
(1) Reaktorien valinta
(a) Tarkastelemme käyttöolosuhteiden erityispiirteitä ja oletamme, että järjestelmässä esiintyy tietty vika, joka aiheuttaa moottorin kantaman potentiaalisen energiakuorman vapaan kiihtymisen ja laskun. Tällä hetkellä moottori on sähköntuotantotilassa,
Regeneroitu energia lähetetään takaisin tasavirtapiiriin kuuden vapaasti pyörivän diodin kautta, mikä aiheuttaa ∆ d:n kasvun ja asettaa invertterin nopeasti lataustilaan. Tällöin virta on erittäin suuri. Siksi valitun reaktorijohtimen halkaisijan tulisi olla riittävän suuri virran johtamiseksi tällä hetkellä.
(b) Takaisinkytkentäsilmukassa, jotta elektrolyyttikondensaattori vapauttaisi mahdollisimman paljon sähköenergiaa ennen seuraavaa latausta, tavallisen rautasydämen (piiteräslevyn) valitseminen ei voi saavuttaa tavoitetta. On parasta valita ferriittimateriaalista valmistettu rautasydän. Tarkastelemalla edellä mainittua virta-arvoa voidaan nähdä, kuinka suuri tämä rautasydän on. Ei tiedetä, onko markkinoilla yhtä suurta ferriittirautasydäntä. Vaikka sellainen olisikin, sen hinta ei varmasti ole kovin alhainen.
Joten kirjoittaja ehdottaa yhden reaktorin käyttöä kutakin lataus- ja takaisinkytkentäpiiriä kohden.
(2) Hallintavaikeudet
(a) Taajuusmuuttajan tasavirtapiirissä jännite ν d on yleensä yli 500 VDC, kun taas elektrolyyttikondensaattorin C kestojännite on vain 400 VDC. Tämä osoittaa, että tämän latausprosessin ohjaus ei ole samanlaista kuin energiajarrutuksen (vastusjarrutuksen) ohjausmenetelmä. Reaktoriin syntyvä hetkellinen jännitehäviö on , ja elektrolyyttikondensaattorin C hetkellinen latausjännite on ν c = ν d - ν L. Jotta elektrolyyttikondensaattori toimisi turvallisella alueella (≤ 400 V), on välttämätöntä ohjata tehokkaasti reaktorin jännitehäviötä ν L, joka puolestaan riippuu induktanssin ja virran hetkellisestä muutosnopeudesta.
(b) Takaisinkytkentäprosessin aikana on myös estettävä elektrolyyttikondensaattorin C sähköenergian purkautumista aiheuttamasta liiallista tasavirtapiirin jännitettä reaktorin läpi, mikä johtaa järjestelmän ylijännitesuojaukseen.
Tärkeimmät sovellusskenaariot
Juuri tämän uuden taajuusmuuttajien jarrutusmenetelmän (kondensaattoritakaisinkytkentäjarrutus) ylivoimaisuuden vuoksi monet käyttäjät ovat viime aikoina ehdottaneet tämän järjestelmän varustamista laitteidensa ominaisuuksien perusteella. Taajuusmuuttajien sovellusalueen laajentuessa tällä sovellusteknologialla on suuret kehitysnäkymät. Sitä käytetään erityisesti teollisuudenaloilla, kuten kaivosnostimissa (ihmisten kuljettamiseen tai materiaalien lastaamiseen), kaltevissa kaivosvaunuissa (yksi- tai kaksiputkisissa) ja nostolaitteissa. Joka tapauksessa energiatakaisinkytkentälaitteita voidaan käyttää tilanteissa, jotka niitä vaativat.