A frekvenciaváltókat támogató berendezések szállítói emlékeztetnek arra, hogy az általános frekvenciaváltókból, aszinkron motorokból és mechanikus terhelésekből álló hagyományos frekvenciaszabályozó rendszerekben, amikor a motor által továbbított potenciális terhelés csökken, a motor regeneratív fékezési állapotban lehet; Vagy amikor a motor nagy sebességről alacsony sebességre lassul (beleértve a parkolást is), a frekvencia hirtelen csökkenhet, de a motor mechanikai tehetetlensége miatt regeneratív energiatermelő állapotban lehet. Az átviteli rendszerben tárolt mechanikai energiát a motor elektromos energiává alakítja, és az inverter hat szabadonfutó diódáján keresztül visszajuttatja az inverter egyenáramú áramkörébe. Ekkor az inverter egyenirányított állapotban van. Ezen a ponton, ha nem tesznek intézkedéseket a frekvenciaváltó energiafogyasztására, ez az energia a közbenső áramkör energiatároló kondenzátorának feszültségének emelkedését okozza. Ha a fékezés túl gyors, vagy a mechanikai terhelés túl nagy, az energia ezen része károsíthatja a frekvenciaváltót, ezért figyelembe kell vennünk az energia ezen részét.
Általánosságban elmondható, hogy a frekvenciaváltókban két leggyakrabban használt módszer létezik a regenerált energia feldolgozására:
(1) A kondenzátorral mesterségesen párhuzamosan kapcsolt "fékezőellenállásba" történő disszipációt dinamikus fékezési állapotnak nevezzük;
(2) Ha visszatáplálják a hálózatba, akkor visszacsatolásos fékezési állapotról van szó (más néven regeneratív fékezési állapotról). Létezik egy másik fékezési módszer is, az egyenáramú fékezés, amely olyan helyzetekben alkalmazható, ahol pontos parkolásra van szükség, vagy amikor a fékmotor külső tényezők miatt egyenetlenül forog az indítás előtt.
Számos szakértő foglalkozott már könyvekben és publikációkban a változtatható frekvenciájú hajtású fékezés tervezésével és alkalmazásával, különösen az utóbbi időben számos cikk jelent meg az „energia-visszacsatolásos fékezésről”. A szerző ma egy új típusú fékezési módszert mutat be, amely a négynegyedes működés előnyeit kínálja a „visszacsatolásos fékezéssel” és a magas üzemi hatásfokkal, valamint az „energiafogyasztási fékezés” előnyeit a szennyezésmentes villamosenergia-hálózat és a nagy megbízhatóság szempontjából.
Energiafogyasztás fékezéskor
Az egyenáramú körben beállított fékellenállásnak a motor regeneratív elektromos energiájának elnyelésére való felhasználásának módszerét energiafogyasztási fékezésnek nevezik.
Előnye az egyszerű felépítés; Nem szennyezi a hálózati áramot (a visszacsatolásos szabályozáshoz képest), alacsony költség; Hátránya az alacsony működési hatásfok, különösen gyakori fékezéskor, ami nagy mennyiségű energiát fogyaszt és növeli a fékellenállás kapacitását.
Az általános frekvenciaváltókban a kis teljesítményű (22 kW alatti) frekvenciaváltók beépített fékegységgel vannak felszerelve, amelyekhez csak egy külső fékellenállás szükséges. A nagy teljesítményű (22 kW feletti) frekvenciaváltókhoz külső fékegységekre és fékellenállásokra van szükség.
Visszacsatolásos fékezés
Az energia-visszacsatolásos fékezés eléréséhez olyan feltételekre van szükség, mint az azonos frekvencián és fázison történő feszültségszabályozás, a visszacsatolásos áramszabályozás stb. Aktív inverter technológiát alkalmaz, amely a regenerált elektromos energiát az elektromos hálózattal azonos frekvenciájú és fázisú váltakozó árammá alakítja, és visszatáplálja a hálózatba, ezáltal fékezést érve el.
A visszacsatolásos fékezés előnye, hogy négy negyedben működhet, és az elektromos energia-visszacsatolás javítja a rendszer hatásfokát. Hátrányai:
(1) Ez a visszacsatolásos fékezési módszer csak stabil, hibákra nem hajlamos hálózati feszültség mellett alkalmazható (a hálózati feszültségingadozás nem haladja meg a 10%-ot). Mivel az energiatermelő fékezés működése során, ha az elektromos hálózat feszültségkiesési ideje nagyobb, mint 2 ms, kommutációs hiba léphet fel, és az alkatrészek károsodhatnak.
(2) Visszacsatolás közben harmonikus szennyezés keletkezik a hálózatban.
(3) Az irányítás bonyolult és költséges.
Új fékezési módszer (kondenzátoros visszacsatolásos fékezés)
Fő áramköri elv
Az egyenirányító rész egy közös, szabályozhatatlan egyenirányító hidat használ az egyenirányításhoz, a szűrő áramkör univerzális elektrolitkondenzátort, a késleltető áramkör pedig kontaktort vagy tirisztort használ. A töltő- és visszacsatoló áramkör egy IGBT teljesítménymodulból, egy L töltő- és visszacsatoló reaktorból, valamint egy nagyméretű C elektrolitkondenzátorból (körülbelül néhány tizedméter kapacitással, amely a frekvenciaváltó operációs rendszerétől függően határozható meg) áll. Az inverter rész egy IGBT teljesítménymodulból áll. A védő áramkör egy IGBT-ből és egy teljesítményellenállásból áll.
1) Villanymotor áramtermelési állapota
The CPU monitors the input AC voltage and DC circuit voltage (μ d) in real-time, and determines whether to send a charging signal to VT1. Once μ d is higher than the corresponding DC voltage value (such as 380VAC -530VDC) of the input AC voltage, the CPU turns off VT3 and charges the electrolytic capacitor C through pulse conduction of VT1. At this time, the reactor L and the electrolytic capacitor C are divided to ensure that the electrolytic capacitor C operates within a safe range. When the voltage on electrolytic capacitor C approaches a dangerous value (such as 370V) while the system is still in a power generation state, and the electrical energy is continuously sent back to the DC circuit through the inverter, the safety circuit plays a role in achieving energy consumption braking (resistance braking), controlling the turn off and turn on of VT3, and thus realizing the consumption of excess energy by resistor R. Generally, this situation does not occur.
(2) Electric motor operation status
When the CPU detects that the system is no longer charging, it pulse conducts VT3, creating an instantaneous left positive and right negative voltage on reactor L. Combined with the voltage on electrolytic capacitor C, the energy feedback process from the capacitor to the DC circuit can be achieved. The CPU controls the switching frequency and duty cycle of VT3 by detecting the voltage on electrolytic capacitor C and the voltage in the DC circuit, thereby controlling the feedback current and ensuring that the DC circuit voltage ν d does not become too high.
System difficulties
(1) Selection of reactors
(a)、 We consider the particularity of the operating conditions and assume that a certain fault occurs in the system, causing the potential energy load carried by the motor to accelerate freely and fall. At this time, the motor is in a power generation operation state,
The regenerated energy is sent back to the DC circuit through six freewheeling diodes, causing an increase in ∆ d and quickly putting the inverter in a charging state. At this time, the current will be very high. So the selected reactor wire diameter should be large enough to pass the current at this time.
(b)、 In the feedback loop, in order to release as much electrical energy as possible before the next charge of the electrolytic capacitor, selecting a regular iron core (silicon steel sheet) cannot achieve the goal. It is best to choose an iron core made of ferrite material. Looking at the current value considered above, it can be seen how large this iron core is. It is unknown whether there is such a large ferrite iron core on the market. Even if there is one, its price will definitely not be very low.
So the author suggests using one reactor for each charging and feedback circuit.
(2) Difficulties in control
(a)、 A frekvenciaváltó egyenáramú áramkörében a ν d feszültség általában nagyobb, mint 500 VDC, míg a C elektrolitkondenzátor túlfeszültsége csak 400 VDC, ami azt jelzi, hogy ennek a töltési folyamatnak a szabályozása nem hasonlít az energiafékezés (ellenállásfékezés) szabályozási módjához. A reaktoron keletkező pillanatnyi feszültségesés: , és a C elektrolitkondenzátor pillanatnyi töltési feszültsége ν c=ν d - ν L. Annak érdekében, hogy az elektrolitkondenzátor biztonságos tartományon (≤ 400 V) belül működjön, hatékonyan kell szabályozni a reaktoron a ν L feszültségesést, amely viszont az induktivitás és az áram pillanatnyi változási sebességétől függ.
(b)、 A visszacsatolási folyamat során meg kell akadályozni azt is, hogy a C elektrolitkondenzátor elektromos energia kisülése túlzott egyenáramú áramköri feszültséget okozzon a reaktoron keresztül, ami túlfeszültségvédelmet eredményezne a rendszerben.
Fő alkalmazási forgatókönyvek
Pontosan a frekvenciaváltók ezen új fékezési módszerének (kondenzátor-visszacsatolásos fékezés) kiválósága miatt számos felhasználó javasolta a közelmúltban, hogy berendezéseik jellemzői alapján ezzel a rendszerrel szereljék fel. A frekvenciaváltók alkalmazási területének bővülésével ez az alkalmazástechnológia nagy fejlődési kilátásokkal rendelkezik. Konkrétan főként olyan iparágakban használják, mint a bányaemelők (személyek szállítására vagy anyagok rakodására), a ferde bányakocsik (egy- vagy kétcsöves) és az emelőgépek. Mindenesetre az energia-visszacsatolásos eszközök olyan helyzetekben is használhatók, amelyek megkövetelik őket.