Az energia-visszacsatoló egységek szállítói emlékeztetnek arra, hogy a frekvenciaváltók gyakran különféle problémákba ütköznek hibakeresés és használat során, amelyek közül a túlfeszültség a leggyakoribb. Túlfeszültség esetén a belső áramkör károsodásának elkerülése érdekében aktiválódik a frekvenciaváltó túlfeszültség-védelmi funkciója, ami a frekvenciaváltó leállását okozza, és a berendezés nem működik megfelelően.
Ezért intézkedéseket kell tenni a túlfeszültség kiküszöbölésére és a hibák előfordulásának megelőzésére. A frekvenciaváltók és a motorok eltérő alkalmazási forgatókönyvei miatt a túlfeszültség okai is eltérőek, ezért a konkrét helyzetnek megfelelően kell megtenni a megfelelő intézkedéseket.
Túlfeszültség keletkezése frekvenciaváltóban és regeneratív fékezésben
The so-called overvoltage of a frequency converter refers to the situation where the voltage of the frequency converter exceeds the rated voltage due to various reasons, which is mainly manifested in the DC voltage of the frequency converter's DC bus.
During normal operation, the DC voltage of the frequency converter is the average value after three-phase full wave rectification. If calculated based on a 380V line voltage, the average DC voltage Ud=1.35U line=513V.
When overvoltage occurs, the energy storage capacitor on the DC bus will be charged. When the voltage rises to around 700V (depending on the model), the overvoltage protection of the frequency converter will be activated.
There are two main reasons for overvoltage in frequency converters: power overvoltage and regenerative overvoltage.
Power overvoltage refers to the situation where the DC bus voltage exceeds the rated value due to excessive power supply voltage. Nowadays, the input voltage of most frequency converters can reach up to 460V, so overvoltage caused by power supply is extremely rare.
The main issue discussed in this article is the regeneration of overvoltage.
The main reasons for generating regenerative overvoltage are as follows: when the load of GD2 (flywheel torque) decelerates, the deceleration time set by the frequency converter is too short;
The motor is subjected to external forces (such as fans and stretching machines) or potential loads (such as elevators and cranes) when lowered. Due to these reasons, the actual speed of the motor is higher than the commanded speed of the frequency converter, which means that the rotor speed of the motor exceeds the synchronous speed. At this time, the slip rate of the motor is negative, and the direction of the rotor winding cutting the rotating magnetic field is opposite to that of the motor state. The electromagnetic torque generated by it is the braking torque that hinders the direction of rotation. So the electric motor is actually in a generating state, and the kinetic energy of the load is' regenerated 'into electrical energy.
The regenerative energy is charged to the DC energy storage capacitor of the inverter through the freewheeling diode of the inverter, causing the DC bus voltage to rise, which is called regenerative overvoltage. The torque generated during the process of regenerating overvoltage is opposite to the original torque, which is the braking torque. Therefore, the process of regenerating overvoltage is also the process of regenerative braking.
Más szóval, a regeneratív energia kiküszöbölése növeli a féknyomatékot. Ha a regeneratív energia nem nagy, akkor maga az inverter és a motor is 20-as regeneratív fékezőképességgel rendelkezik, és az elektromos energia ezen részét az inverter és a motor fogyasztja el. Ha ez az energia meghaladja a frekvenciaváltó és a motor fogyasztási kapacitását, az egyenáramú áramkör kondenzátora túltöltődik, és a frekvenciaváltó túlfeszültség-védelmi funkciója aktiválódik, ami a működés leállását okozza. Ennek a helyzetnek az elkerülése érdekében időben meg kell semmisíteni ezt az energiát, miközben növelni kell a féknyomatékot is, ami a regeneratív fékezés célja.
Intézkedések a frekvenciaváltók túlfeszültségének megakadályozására
A túlfeszültség különböző okai miatt a megtett intézkedések is eltérőek. A parkolás során keletkező túlfeszültség jelensége esetén, ha nincsenek különleges követelmények a parkolási időre vagy helyre vonatkozóan, a frekvenciaváltó lassítási idejének meghosszabbításával vagy a szabad parkolással oldható meg. Az úgynevezett szabad parkolás azt jelenti, hogy a frekvenciaváltó leválasztja a főkapcsolót, lehetővé téve a motor szabad csúszását és leállását.
Ha bizonyos követelmények vannak a parkolási időre vagy a parkolási helyre vonatkozóan, akkor az egyenáramú fékezési funkció használható.
Az egyenáramú fékezés funkciója a motor lelassítása egy bizonyos frekvenciára, majd egyenáramú áram alkalmazása a motor állórész tekercsére statikus mágneses mező létrehozása érdekében.
A motor forgórészének tekercselése elvágja ezt a mágneses mezőt, és fékezőnyomatékot generál, amely a terhelés mozgási energiáját elektromos energiává alakítja, és hő formájában felhasználja a motor forgórészének áramkörében. Ezért ezt a fékezési módot energiafogyasztó fékezésnek is nevezik. Az egyenáramú fékezés folyamata valójában két folyamatot foglal magában: a regeneratív fékezést és az energiafogyasztó fékezést. Ennek a fékezési módszernek a hatásfoka a regeneratív fékezésnek mindössze 30-60%-a, és a fékezőnyomaték viszonylag kicsi. Mivel az energia motorba történő felvétele túlmelegedést okozhat, a fékezési idő nem lehet túl hosszú.
Továbbá az egyenáramú fékezés indítási frekvenciája, fékezési ideje és fékfeszültsége mind manuálisan állítható be, és nem állíthatók automatikusan a regeneratív feszültség szintje alapján. Ezért az egyenáramú fékezés nem használható normál üzem közben keletkező túlfeszültség esetén, és csak parkolás közbeni fékezésre használható.
A terhelés lassítás közbeni túlzott GD2 (lendkerék nyomatéka) által okozott túlfeszültség (nagy sebességről alacsony sebességre, megállás nélkül) esetén a lassítási idő megfelelő meghosszabbításának módszere alkalmazható. Valójában ez a módszer is a regeneratív fékezés elvét alkalmazza. A lassítási idő meghosszabbítása csak a terhelés regeneratív feszültségével szabályozza az inverter töltési sebességét, így ésszerűen kihasználható a inverter regeneratív fékezőképessége. Ami a külső erők (beleértve a potenciális energiafelszabadulást is) miatt a motort regeneratív állapotba hozó terheléseket illeti, mivel ezek normál esetben fékező állapotban működnek, a regeneratív energia túl magas ahhoz, hogy maga a frekvenciaváltó felhasználja. Ezért nem lehet egyenáramú fékezést használni vagy a lassítási időt meghosszabbítani.
Az egyenáramú fékezéssel összehasonlítva a regeneratív fékezés nagyobb féknyomatékkal rendelkezik, és a féknyomaték nagyságát a frekvenciaváltó fékezőegysége automatikusan szabályozhatja a terhelés szükséges féknyomatékának (azaz a regeneratív energia szintjének) megfelelően. Ezért a regeneratív fékezés a legalkalmasabb a terhelés féknyomatékának biztosítására normál üzem közben.
Frekvenciaváltásos regeneratív fékezés módszere:
1. Energiafogyasztó típus:
Ez a módszer magában foglalja egy fékezőellenállás párhuzamosítását a frekvenciaváltó egyenáramú áramkörében, és egy teljesítménytranzisztor be-/kikapcsolását az egyenáramú buszfeszültség érzékelése alapján. Amikor az egyenáramú buszfeszültség eléri a 700 V körüli értéket, a teljesítménytranzisztor vezet, a regenerált energiát az ellenállásba vezeti, és hőenergia formájában fogyasztja, ezáltal megakadályozza az egyenáramú feszültség emelkedését. Mivel nem képes a regenerált energiát hasznosítani, az energiafogyasztó típusba tartozik. Energiafogyasztó típusként az a különbség az egyenáramú fékezéstől, hogy a motoron kívül, a fékezőellenálláson fogyaszt energiát, így a motor nem melegszik túl, és gyakrabban tud működni.
2. Párhuzamos egyenáramú busz abszorpciós típusa:
Többmotoros hajtásrendszerekhez (például nyújtógépekhez) alkalmas, amelyekben minden motorhoz frekvenciaváltóra van szükség, több frekvenciaváltó osztozik egy hálózati oldali átalakítón, és az összes inverter párhuzamosan van kötve egy közös egyenáramú buszra. Ebben a rendszerben gyakran egy vagy több motor működik normál állapotban fékező állapotban. A fékező állapotban lévő motort más motorok húzzák, hogy regeneratív energiát termeljenek, amelyet aztán az elektromos állapotban lévő motor egy párhuzamos egyenáramú buszon keresztül elnyel. Ha nem lehet teljesen elnyelni, akkor egy közös fékellenálláson keresztül fogyasztja el. A regenerált energia itt részben elnyelődik és hasznosul, de nem táplálódik vissza a hálózatba.
3. Energia-visszacsatolás típusa:
Az energia-visszacsatolásos inverteres hálózatoldali konverter megfordítható. Amikor regeneratív energia keletkezik, a megfordítható konverter visszatáplálja a regeneratív energiát a hálózatba, lehetővé téve a regeneratív energia teljes kihasználását. Ez a módszer azonban a tápegység nagy stabilitását igényli, és hirtelen áramkimaradás esetén inverzió és felborulás következik be.