Ces dernières années, avec le développement de l'ère industrielle, l'application des technologies de récupération d'énergie se généralise. Ascenseurs, monte-charges miniers, grues portuaires, centrifugeuses industrielles, pompes pétrolières et bien d'autres équipements subissent des variations d'énergie potentielle et cinétique. Par exemple, lors du déchargement de charges lourdes par des ascenseurs, des grues ou autres engins mécaniques, l'énergie diminue, de même que lors de l'arrêt d'une centrifugeuse. Or, selon le principe de conservation de l'énergie, l'énergie ne disparaît pas. Où va donc cette partie de l'énergie ? Elle est convertie en électricité renouvelable par le moteur. En réalité, dans les équipements à variation de fréquence, cette électricité est généralement dissipée sous forme de chaleur par la résistance de freinage.
Si un dispositif réinjecte une partie de cette électricité renouvelable dans le réseau, il permet de la préserver et de réduire la consommation d'énergie. Un dispositif de récupération d'énergie est un exemple de ce type de produit. Utilisant la technologie de conversion électronique de puissance, son rôle principal est de convertir l'électricité renouvelable produite par l'équipement mentionné précédemment en courant alternatif synchrone et de la réinjecter dans le réseau, contribuant ainsi à la réduction de la consommation d'électricité.
Dans un système de régulation de fréquence traditionnel composé d'onduleurs de fréquence classiques, de moteurs asynchrones et de charges mécaniques, lorsque la charge énergétique du moteur est déchargée, celui-ci peut se trouver dans un état de freinage par récupération d'énergie ; ou lorsque le moteur ralentit de sa vitesse élevée à sa vitesse basse (y compris à l'arrêt), la fréquence peut chuter, mais en raison de l'inertie mécanique du moteur, celui-ci peut se trouver dans un état de récupération d'énergie, et l'énergie mécanique stockée dans le système de transmission est convertie en électricité par le moteur, laquelle est renvoyée au circuit CC de l'onduleur via les six diodes de courant continu de celui-ci.
En général, les convertisseurs de fréquence utilisent deux méthodes de traitement de l'énergie renouvelable les plus courantes :
(1) dissipée dans la « résistance de freinage » en parallèle avec le condensateur artificiellement placé dans le circuit CC, appelé état de freinage dynamique ;
(2) Pour revenir au réseau, on parle de freinage par rétroaction (ou freinage régénératif). Il existe également une méthode de freinage, le freinage en courant continu, qui peut être utilisée dans les situations exigeant un stationnement précis ou une rotation irrégulière du frein moteur avant le démarrage en raison de facteurs externes.
Frein à énergie
L'utilisation de la résistance de freinage intégrée au circuit à courant continu pour absorber l'électricité renouvelable du moteur est appelée freinage par récupération d'énergie. Ses avantages sont une construction simple, l'absence de pollution du réseau (contrairement à la fabrication par rétroaction) et un faible coût. Son inconvénient réside dans son faible rendement, particulièrement en cas de freinages fréquents qui consomment beaucoup d'énergie et dont la capacité de la résistance de freinage augmente.
En général, les convertisseurs de fréquence de faible puissance (moins de 22 kW) intègrent un système de freinage ; il suffit d'ajouter une résistance de freinage. Les convertisseurs de fréquence de forte puissance (plus de 22 kW) nécessitent un système de freinage externe et une résistance de freinage.
Frein à retour d'information
Pour réaliser un freinage par retour d'énergie, il est nécessaire de contrôler la tension, la fréquence et la phase, ainsi que le courant de retour, entre autres conditions. L'utilisation de la technologie d'inversion active permet de réinjecter l'électricité renouvelable dans le réseau avec une puissance alternative de même fréquence et phase, assurant ainsi le freinage.
L'avantage du freinage par rétroaction est qu'il peut fonctionner dans les quatre quadrants, et la rétroaction d'énergie électrique améliore l'efficacité du système. Ses inconvénients sont les suivants :
(1) Cette méthode de freinage par rétroaction ne peut être utilisée que sous une tension de réseau stable et peu sujette aux pannes (fluctuations de tension de réseau inférieures à 10 %). En effet, lors du fonctionnement du frein de production d'énergie, une coupure de tension de réseau de plus de 2 ms peut entraîner un déphasage et endommager le dispositif.
(2) Dans la rétroaction, il y a pollution harmonique sur le réseau.
(3) Contrôle complexe, coût élevé.
Avec les progrès rapides de la recherche et de l'application des convertisseurs de fréquence au niveau national et international, et notamment l'utilisation généralisée des convertisseurs de fréquence universels dans la production industrielle, la technologie de rétroaction d'énergie sera de plus en plus réutilisée.