A frekvenciaváltók energia-visszacsatoló eszközeinek szállítói emlékeztetnek arra, hogy jelenleg az egyszerű energiafogyasztás-fékezést széles körben alkalmazzák a váltakozó áramú frekvenciaátalakítású sebességszabályozó rendszerekben, amelyeknek olyan hátrányai vannak, mint az elektromos energia pazarlása, a súlyos ellenállás-melegedés és a gyenge gyors fékezési teljesítmény. Amikor az aszinkron motorok gyakran fékeznek, a visszacsatoló fékezés használata nagyon hatékony energiatakarékos módszer, és elkerülhető a környezet és a berendezések károsodása fékezés közben. Kielégítő eredményeket értek el olyan iparágakban, mint a villanymozdonyok és az olajkitermelés. Az új teljesítményelektronikai eszközök folyamatos megjelenésével, a költséghatékonyság növekedésével és az emberek energiamegtakarítással és fogyasztáscsökkentéssel kapcsolatos tudatosságával széles körű alkalmazási lehetőségek állnak rendelkezésre.
Az energia-visszacsatolásos fékberendezés különösen alkalmas olyan helyzetekben, ahol a motor teljesítménye nagy, például 100 kW vagy annál nagyobb, a berendezés tehetetlenségi nyomatéka (gd2) nagy, és ismétlődő, rövid ideig tartó folyamatos működésű rendszerhez tartozik. A lassulás nagy sebességről alacsony sebességre történő csökkentése nagy, a fékezési idő rövid, és erős fékezésre van szükség. Az energiatakarékos hatás javítása és a fékezési folyamat során fellépő energiaveszteség csökkentése érdekében a lassítási energiát vissza kell nyerni, és vissza kell vezetni az elektromos hálózatba az energiatakarékos hatás elérése érdekében.
Visszacsatolásos fékezés elve
A változtatható frekvenciájú sebességszabályozó rendszerben a motor lassítása és leállítása a frekvencia fokozatos csökkentésével történik. Abban a pillanatban, amikor a frekvencia csökken, a motor szinkronsebessége is ennek megfelelően csökken. A mechanikai tehetetlenség miatt azonban a motor forgórészének sebessége változatlan marad, és a sebességváltozásának van egy bizonyos időbeli késése. Ekkor a tényleges sebesség nagyobb lesz, mint az adott sebesség, ami azt eredményezi, hogy a motor ellentétes elektromotoros ereje (e) nagyobb, mint a frekvenciaváltó egyenáramú kapocsfeszültsége (u), azaz (e>u). Ezen a ponton a villanymotor generátorrá válik, amely nemcsak hogy nem igényel hálózati áramellátást, hanem áramot is tud küldeni a hálózatba. Ez nemcsak jó fékezőhatással rendelkezik, hanem a mozgási energiát elektromos energiává alakítja, amelyet a hálózatba lehet küldeni energia visszanyerésére, így két legyet ütünk egy csapásra. Természetesen ehhez szükség van egy energia-visszacsatoló eszközre az automatikus vezérléshez. Ezenkívül az energia-visszacsatoló áramkörnek tartalmaznia kell AC és DC reaktorokat, ellenállás-kapacitás-elnyelőket, elektronikus kapcsolókat stb.
Közismert, hogy az általános frekvenciaváltók híd-egyenirányító áramköre háromfázisú, szabályozhatatlan, így lehetetlen kétirányú energiaátadást elérni az egyenáramú áramkör és a tápegység között. Ennek a problémának a hatékony megoldása az aktív inverter technológia alkalmazása, és az egyenirányító rész megfordítható egyenirányítót, más néven hálózati oldali konvertert alkalmaz. A hálózati oldali inverter vezérlésével a regenerált elektromos energiát a hálózat frekvenciájával, fázisával és frekvenciájával megegyező váltakozó árammá invertálja, és visszatáplálja a hálózatba a fékezés érdekében. Korábban az aktív inverter egységek főként tirisztoros áramköröket használtak, amelyek csak stabil, hibákra nem hajlamos hálózati feszültség mellett tudtak biztonságosan visszacsatolásos működést végezni (a hálózati feszültségingadozás nem haladja meg a 10%-ot). Ez a típusú áramkör csak stabil, hibákra nem hajlamos hálózati feszültség mellett tudta biztonságosan végrehajtani az inverter visszacsatolásos működését (a hálózati feszültségingadozás nem haladja meg a 10%-ot). Mivel az energiatermelés fékezési művelete során, ha a hálózati feszültség fékezési ideje nagyobb, mint 2 ms, kommutációs hiba léphet fel, és az alkatrészek károsodhatnak. Ezenkívül a mélyreható szabályozás során ennek a módszernek alacsony a teljesítménytényezője, magas a harmonikustartalma és átfedő kommutációja van, ami a hálózati feszültség hullámformájának torzulását okozza. Egyidejűleg szabályozza a bonyolultságot és a magas költségeket. A teljesen szabályozott eszközök gyakorlati alkalmazásával az emberek PWM vezérlést használó szaggatóvezérelt, megfordítható átalakítókat fejlesztettek ki. Ily módon a hálózatoldali inverter felépítése teljesen megegyezik az inverter felépítésével, mindkettő PWM vezérlést használ.
A fenti elemzésből látható, hogy az inverter energia-visszacsatolásos fékezésének valódi eléréséhez a hálózatoldali inverter vezérlése a kulcs. A következő szöveg a hálózatoldali inverter vezérlési algoritmusára összpontosít, teljesen vezérelt eszközök és PWM vezérlési módszer alkalmazásával.
vezérlő algoritmus
A hálózatoldali inverterek vezérlőalgoritmusa általában vektorvezérlési algoritmust alkalmaz, ahol vdc, v * dc és △ vdc rendre az egyenáramú buszfeszültség mért értékét, adott értékét és szabályozási hibáját jelöli; id, i*d, Δ id a hálózatoldali inverter d-tengelyének mért értékét, adott értékét és szabályozási hibáját jelöli; iq, i*q, Δ iq a hálózatoldali konverter q-tengelyének áramának mért értékét, adott értékét és szabályozási hibáját jelöli; Δ v * d, v * d és v * q rendre a hálózatoldali inverter d-tengelyirányú kimeneti feszültségeltérés-alapértékét, d-tengelyirányú kimeneti feszültségalapértékét és q-tengelyirányú kimeneti feszültségalapértékét jelöli; EABC, V * ABC és IABC rendre a hálózati potenciál, a hálózatoldali konverter kimeneti feszültségének pillanatnyi adott értékeit és a kimeneti áram háromfázisú pillanatnyi értékeit jelöli; pl. φ a hálózati potenciál amplitúdóját és fázisát jelöli.
A vektorvezérlésű algoritmus kiszámítja a mért DC buszfeszültség és a megadott érték közötti különbséget, és egy PI szabályozón keresztül megkapja a d-tengelyirányú áram adott értékét; Ezután a hálózati feszültség mért fázisa alapján a hálózati oldali inverter mért kimeneti áramát szinkron koordinátatranszformációnak vetik alá, hogy megkapják a d-tengelyirányú áram és a q-tengelyirányú áram mért értékeit. A pi beállítás után a d-tengelyirányú értéket hozzáadják a hálózati feszültség amplitúdójához, így megkapják a d-tengelyirányú feszültség és a q-tengelyirányú feszültség adott értékeit. A szinkron koordináta inverz transzformáció után megkapják a kimenetet.
Ennek az algoritmusnak az előnye a nagy szabályozási pontosság és a jó dinamikus válasz; A hátránya, hogy a szabályozási algoritmusban sok koordináta-transzformáció van, és az algoritmus összetett, ami nagy számítási teljesítményt igényel a vezérlőprocesszortól.
Egy áramkövető PWM egyenirányító összetételt alkalmaz. Ez az egyszerűsített algoritmus közvetlenül megszorozza a d-tengely áram alapértékét a mért hálózati feszültség fáziskereső táblázatából kapott háromfázisú szinusz referenciaértékkel, hogy megkapja a háromfázisú kimeneti áram alapértékét, majd egyszerű pi beállítást végez a háromfázisú kimeneti feszültség alapértékének megkapásához és kimeneti előállításához. A koordinátatranszformációs számítások elhagyása miatt ebben az algoritmusban a vezérlőprocesszor számítási teljesítményigénye viszonylag alacsony. Másrészt a PI szabályozó saját jellemzői miatt van egy bizonyos állandósult állapotbeli hiba a váltakozó áram áramlásának szabályozásában, így az algoritmus teljesítménytényezője alacsonyabb, mint a standard vektorvezérlő algoritmusé. Dinamikus folyamatok során az egyenáramú buszfeszültség ingadozása viszonylag nagy, és a gyors dinamikus folyamatok során az egyenáramú buszfeszültség és más hibák előfordulásának valószínűsége viszonylag magas.
Visszacsatolásos fékezési jellemzők
Szigorúan véve a hálózatoldali invertert nem lehet egyszerűen „egyenirányítónak” nevezni, mivel egyenirányítóként és inverterként is működhet. Az önleállító eszközök használatának köszönhetően a váltakozó áram nagysága és fázisa megfelelő PWM móddal szabályozható, így a bemeneti áram szinuszhullámhoz közelít, és a rendszer teljesítménytényezője mindig 1-hez közelít. Amikor a motor lassítófékezése által az inverterből visszatáplált regeneratív teljesítmény növeli az egyenfeszültséget, a váltakozó áramú bemeneti áram fázisa megfordítható a tápfeszültség fázisához képest, így regeneratív működés érhető el, és a regeneratív teljesítmény visszatáplálható a váltakozó áramú hálózatba, miközben a rendszer továbbra is az adott értéken tudja tartani az egyenfeszültséget. Ebben az esetben a hálózatoldali inverter aktív inverter állapotban működik. Ez megkönnyíti a kétirányú teljesítményáramlás elérését, és gyors dinamikus válaszidőt biztosít. Ugyanakkor ez a topológiai struktúra lehetővé teszi a rendszer számára, hogy teljes mértékben szabályozza a reaktív és aktív teljesítmény cseréjét az AC és DC oldalak között, akár 97%-os hatásfokkal és jelentős gazdasági előnyökkel. A hőveszteség a fékezés során felhasznált energia 1%-a, és nem szennyezi az elektromos hálózatot. A teljesítménytényező körülbelül 1, ami környezetbarát. Ezért a visszacsatolásos fékezés széles körben alkalmazható energiatakarékos működésre PWM váltakozó áramú átvitel energia-visszacsatolásos fékezési forgatókönyveiben, különösen olyan helyzetekben, ahol gyakori fékezésre van szükség. Az elektromos motor teljesítménye is magas, és az energiamegtakarítási hatás jelentős. Az üzemi körülményektől függően az átlagos energiamegtakarítási hatás körülbelül 20%. A visszacsatolásos vezérlés megvalósításának egyetlen hátránya a vezérlőrendszer összetett felépítése.
Összefoglalva, látható, hogy az energia-visszacsatolásos rendszer sokkal nagyobb előnyökkel rendelkezik az energiafogyasztás-fékezéssel és az egyenáramú fékezéssel szemben. A visszacsatolásos fékezésnek a hálózatba történő visszatáplálására való felhasználásával csökkenthető az energiafogyasztás és a villamosenergia-költségek. Ezért a Kína különböző részein tapasztalható gyors gazdasági fejlődés okozta energiahiány jelenlegi helyzetében a visszacsatolásos fékek előmozdítása és alkalmazása fontos energiamegtakarítási jelentőséggel bír.