Les fournisseurs de dispositifs de récupération d'énergie pour convertisseurs de fréquence rappellent que dans les systèmes de régulation de fréquence traditionnels composés de convertisseurs de fréquence à usage général, de moteurs asynchrones et de charges mécaniques, lorsque la charge transmise par le moteur diminue, celui-ci peut se trouver en mode de freinage régénératif. De même, lors de la décélération du moteur (y compris à l'arrêt), la fréquence peut chuter brutalement, mais l'inertie mécanique du moteur peut entraîner une récupération d'énergie. L'énergie mécanique stockée dans le système de transmission est alors convertie en énergie électrique par le moteur et renvoyée au circuit CC de l'onduleur via ses six diodes de roue libre. L'onduleur est alors redressé. Si aucune mesure n'est prise pour dissiper cette énergie dans le convertisseur de fréquence, la tension du condensateur de stockage d'énergie du circuit intermédiaire augmentera. En cas de freinage trop rapide ou si la charge mécanique est un appareil de levage, cette énergie risque d'endommager le convertisseur de fréquence. Il convient donc d'envisager une méthode de récupération d'énergie.
Dans les convertisseurs de fréquence, deux méthodes sont couramment utilisées pour gérer l'énergie de récupération : (1) sa dissipation dans une résistance de freinage placée en parallèle avec un condensateur dans le circuit CC, appelée freinage par puissance ; (2) sa réinjection dans le réseau électrique, appelée freinage par rétroaction (ou freinage régénératif). Une autre méthode de freinage, le freinage CC, peut être utilisée pour des manœuvres de stationnement précises ou lorsque le moteur de freinage présente une rotation irrégulière avant le démarrage, due à des facteurs externes.
Avec le développement de la technologie de conversion de fréquence, la conception et l'application du freinage par convertisseur de fréquence, en particulier la nouvelle méthode de freinage par « rétroaction d'énergie », présentent les avantages du « freinage par rétroaction » et d'une efficacité de fonctionnement élevée, ainsi que les avantages du « freinage par consommation d'énergie », qui ne pollue pas le réseau électrique et offre une fiabilité élevée.
Freinage à consommation d'énergie
La méthode utilisant une résistance de freinage placée dans un circuit à courant continu pour absorber l'énergie électrique régénérative du moteur est appelée freinage par consommation d'énergie. Elle présente l'avantage d'une construction simple, de l'absence de pollution du réseau électrique (comparativement à la commande par rétroaction) et d'un faible coût. Son inconvénient réside dans son faible rendement, notamment lors de freinages fréquents, ce qui entraîne une forte consommation d'énergie et une augmentation de la capacité de la résistance de freinage.
En général, les convertisseurs de fréquence de faible puissance (moins de 22 kW) sont équipés d'un système de freinage intégré et ne nécessitent qu'une résistance de freinage externe. Les convertisseurs de fréquence de forte puissance (plus de 22 kW) requièrent un système de freinage externe et une résistance de freinage.
Freinage par retour d'information
Pour réaliser le freinage par rétroaction d'énergie, des conditions telles que la régulation de la tension à la même fréquence et phase, et la régulation du courant de rétroaction sont nécessaires. Ce système utilise la technologie des onduleurs actifs pour convertir l'énergie électrique régénérée en courant alternatif de même fréquence et phase que le réseau électrique, puis la réinjecter dans ce dernier, réalisant ainsi le freinage. L'avantage du freinage par rétroaction réside dans l'amélioration du rendement du système grâce à la rétroaction d'énergie électrique. Ses inconvénients sont les suivants : (1) cette méthode de freinage par rétroaction ne peut être utilisée que sous une tension de réseau stable, non sujette aux défauts (fluctuations de tension inférieures à 10 %). En effet, lors du freinage par génération d'énergie, si la durée d'un défaut de tension sur le réseau est supérieure à 2 ms, un défaut de commutation peut survenir et endommager les composants. (2) La rétroaction génère des harmoniques sur le réseau électrique. (3) La commande est complexe et coûteuse.
Nouvelle méthode de freinage (freinage par rétroaction capacitive)
La technologie de récupération d'énergie utilise un IGBT comme pont redresseur. Le module fonctionnel IGBT permet un flux d'énergie bidirectionnel, tandis que des puces DSP haute vitesse génèrent des impulsions de commande PWM. D'une part, elle permet de récupérer l'énergie électrique stockée dans le condensateur et de la réinjecter dans le réseau électrique ; d'autre part, elle permet d'ajuster le facteur de puissance d'entrée afin d'éliminer les harmoniques parasites du réseau.
Lors de la consommation d'énergie, le processeur de signal numérique (DSP) de l'unité de commande de redressement génère six impulsions PWM haute fréquence pour contrôler la conduction et le blocage des six IGBT côté redressement. La conduction et le blocage des IGBT, associés aux inductances, génèrent un courant sinusoïdal en phase avec la tension d'entrée, éliminant ainsi les harmoniques produites par le pont redresseur et la pollution harmonique du réseau électrique.
En mode production d'énergie, l'énergie est réinjectée dans le bus CC via la diode côté onduleur. À mesure qu'elle s'accumule, la tension sur le bus CC augmente. Lorsqu'elle dépasse un certain seuil, le circuit de récupération d'énergie côté redresseur se met en marche, convertissant le courant continu en courant alternatif. Après ajustement de la phase et de l'amplitude, ce courant est réinjecté dans le réseau électrique alternatif, permettant ainsi des économies d'énergie.