ऊर्जा प्रतिक्रिया इकाई आपूर्तिकर्ता आपको याद दिलाते हैं कि आवृत्ति कनवर्टर अक्सर डिबगिंग और उपयोग के दौरान विभिन्न समस्याओं का सामना करते हैं, जिनमें से ओवरवोल्टेज सबसे आम है। ओवरवोल्टेज होने पर, आंतरिक सर्किट को नुकसान से बचाने के लिए, आवृत्ति कनवर्टर का ओवरवोल्टेज सुरक्षा फ़ंक्शन सक्रिय हो जाएगा, जिससे आवृत्ति कनवर्टर चलना बंद हो जाएगा, जिसके परिणामस्वरूप उपकरण ठीक से काम नहीं करेगा।
इसलिए, ओवरवोल्टेज को खत्म करने और दोषों की घटना को रोकने के लिए उपाय किए जाने चाहिए। आवृत्ति कन्वर्टर्स और मोटर्स के विभिन्न अनुप्रयोग परिदृश्यों के कारण, ओवरवोल्टेज के कारण भी अलग-अलग होते हैं, इसलिए विशिष्ट स्थिति के अनुसार संबंधित उपाय किए जाने चाहिए।
आवृत्ति कनवर्टर और पुनर्योजी ब्रेकिंग में ओवरवोल्टेज का उत्पादन
आवृत्ति कनवर्टर का तथाकथित ओवरवोल्टेज उस स्थिति को संदर्भित करता है जहां आवृत्ति कनवर्टर का वोल्टेज विभिन्न कारणों से रेटेड वोल्टेज से अधिक हो जाता है, जो मुख्य रूप से आवृत्ति कनवर्टर के डीसी बस के डीसी वोल्टेज में प्रकट होता है।
सामान्य संचालन के दौरान, आवृत्ति कनवर्टर का डीसी वोल्टेज तीन-चरण पूर्ण तरंग दिष्टीकरण के बाद का औसत मान होता है। यदि 380V लाइन वोल्टेज के आधार पर गणना की जाए, तो औसत डीसी वोल्टेज Ud=1.35U लाइन=513V होगा।
जब ओवरवोल्टेज होता है, तो डीसी बस पर ऊर्जा भंडारण संधारित्र चार्ज हो जाएगा। जब वोल्टेज लगभग 700V (मॉडल के आधार पर) तक बढ़ जाता है, तो फ़्रीक्वेंसी कनवर्टर का ओवरवोल्टेज सुरक्षा सक्रिय हो जाएगा।
आवृत्ति कन्वर्टर्स में ओवरवोल्टेज के दो मुख्य कारण हैं: पावर ओवरवोल्टेज और पुनर्योजी ओवरवोल्टेज।
पावर ओवरवोल्टेज उस स्थिति को संदर्भित करता है जहाँ डीसी बस वोल्टेज अत्यधिक बिजली आपूर्ति वोल्टेज के कारण निर्धारित मान से अधिक हो जाता है। आजकल, अधिकांश आवृत्ति कन्वर्टर्स का इनपुट वोल्टेज 460V तक पहुँच सकता है, इसलिए बिजली आपूर्ति के कारण ओवरवोल्टेज अत्यंत दुर्लभ है।
इस लेख में चर्चा किया गया मुख्य मुद्दा ओवरवोल्टेज का पुनर्जनन है।
पुनर्योजी ओवरवोल्टेज उत्पन्न करने के मुख्य कारण इस प्रकार हैं: जब GD2 (फ्लाईव्हील टॉर्क) का भार कम हो जाता है, तो आवृत्ति कनवर्टर द्वारा निर्धारित मंदी का समय बहुत कम होता है;
मोटर को नीचे उतारते समय उस पर बाहरी बल (जैसे पंखे और स्ट्रेचिंग मशीन) या संभावित भार (जैसे लिफ्ट और क्रेन) पड़ते हैं। इन कारणों से, मोटर की वास्तविक गति आवृत्ति कनवर्टर की निर्धारित गति से अधिक होती है, जिसका अर्थ है कि मोटर की रोटर गति समकालिक गति से अधिक हो जाती है। इस समय, मोटर की स्लिप दर ऋणात्मक होती है, और घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र को काटने वाली रोटर वाइंडिंग की दिशा मोटर की स्थिति के विपरीत होती है। इससे उत्पन्न विद्युत चुम्बकीय बलाघूर्ण, घूर्णन की दिशा में बाधा डालने वाला ब्रेकिंग बलाघूर्ण होता है। इसलिए विद्युत मोटर वास्तव में एक उत्पादक अवस्था में होती है, और भार की गतिज ऊर्जा विद्युत ऊर्जा में 'पुनर्जीवित' होती है।
पुनर्योजी ऊर्जा, इन्वर्टर के फ्रीव्हीलिंग डायोड के माध्यम से इन्वर्टर के डीसी ऊर्जा भंडारण संधारित्र में आवेशित होती है, जिससे डीसी बस वोल्टेज बढ़ जाता है, जिसे पुनर्योजी अतिवोल्टेज कहते हैं। अतिवोल्टेज पुनर्योजी प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न टॉर्क, मूल टॉर्क के विपरीत होता है, जो ब्रेकिंग टॉर्क होता है। इसलिए, अतिवोल्टेज पुनर्योजी प्रक्रिया भी पुनर्योजी ब्रेकिंग प्रक्रिया ही है।
दूसरे शब्दों में, पुनर्योजी ऊर्जा को हटाने से ब्रेकिंग टॉर्क बढ़ जाता है। यदि पुनर्योजी ऊर्जा अधिक न हो, तो इन्वर्टर और मोटर की पुनर्योजी ब्रेकिंग क्षमता 20 होती है, और विद्युत ऊर्जा का यह भाग इन्वर्टर और मोटर द्वारा उपभोग किया जाएगा। यदि यह ऊर्जा आवृत्ति कनवर्टर और मोटर की उपभोग क्षमता से अधिक हो जाती है, तो डीसी सर्किट का संधारित्र ओवरचार्ज हो जाएगा, और आवृत्ति कनवर्टर का ओवरवोल्टेज सुरक्षा फ़ंक्शन सक्रिय हो जाएगा, जिससे संचालन रुक जाएगा। इस स्थिति से बचने के लिए, इस ऊर्जा का समय पर निपटान करना आवश्यक है, साथ ही ब्रेकिंग टॉर्क को भी बढ़ाना है, जो पुनर्योजी ब्रेकिंग का उद्देश्य है।
आवृत्ति कन्वर्टर्स के ओवरवोल्टेज को रोकने के उपाय
ओवरवोल्टेज के विभिन्न कारणों के कारण, अपनाए जाने वाले उपाय भी भिन्न होते हैं। पार्किंग के दौरान उत्पन्न ओवरवोल्टेज की घटना के लिए, यदि पार्किंग समय या स्थान के लिए कोई विशेष आवश्यकताएँ नहीं हैं, तो फ़्रीक्वेंसी कनवर्टर के मंदीकरण समय को बढ़ाने या फ़्री पार्किंग की विधि का उपयोग करके इसे हल किया जा सकता है। तथाकथित फ़्री पार्किंग, फ़्रीक्वेंसी कनवर्टर द्वारा मुख्य स्विच डिवाइस को डिस्कनेक्ट करने को संदर्भित करता है, जिससे मोटर स्वतंत्र रूप से स्लाइड कर सके और रुक सके।
यदि पार्किंग समय या पार्किंग स्थान के लिए कुछ निश्चित आवश्यकताएं हैं, तो डीसी ब्रेकिंग फ़ंक्शन का उपयोग किया जा सकता है।
डीसी ब्रेकिंग फ़ंक्शन मोटर को एक निश्चित आवृत्ति तक धीमा करना है, और फिर एक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र बनाने के लिए मोटर के स्टेटर वाइंडिंग पर डीसी पावर लागू करना है।
मोटर रोटर वाइंडिंग इस चुंबकीय क्षेत्र को काटती है और एक ब्रेकिंग टॉर्क उत्पन्न करती है, जो भार की गतिज ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है और मोटर रोटर परिपथ में ऊष्मा के रूप में उसका उपभोग करता है। इसलिए, इस प्रकार की ब्रेकिंग को ऊर्जा उपभोग ब्रेकिंग भी कहा जाता है। डीसी ब्रेकिंग की प्रक्रिया में वास्तव में दो प्रक्रियाएँ शामिल होती हैं: पुनर्योजी ब्रेकिंग और ऊर्जा उपभोग ब्रेकिंग। इस ब्रेकिंग विधि की दक्षता पुनर्योजी ब्रेकिंग की दक्षता का केवल 30-60% होती है, और ब्रेकिंग टॉर्क अपेक्षाकृत छोटा होता है। चूँकि मोटर में ऊर्जा की खपत से मोटर का अधिक गर्म होना हो सकता है, इसलिए ब्रेकिंग का समय बहुत लंबा नहीं होना चाहिए।
इसके अलावा, डीसी ब्रेकिंग की शुरुआती आवृत्ति, ब्रेकिंग समय और ब्रेकिंग वोल्टेज सभी मैन्युअल रूप से सेट किए जाते हैं और पुनर्योजी वोल्टेज के स्तर के आधार पर स्वचालित रूप से समायोजित नहीं किए जा सकते। इसलिए, डीसी ब्रेकिंग का उपयोग सामान्य संचालन के दौरान उत्पन्न ओवरवोल्टेज के लिए नहीं किया जा सकता है और इसका उपयोग केवल पार्किंग के दौरान ब्रेक लगाने के लिए किया जा सकता है।
मंदीकरण (बिना रुके तेज़ गति से कम गति तक) के दौरान लोड के अत्यधिक GD2 (फ्लाईव्हील टॉर्क) के कारण होने वाले ओवरवोल्टेज के समाधान के लिए, मंदीकरण समय को उचित रूप से बढ़ाने की विधि अपनाई जा सकती है। वास्तव में, यह विधि पुनर्योजी ब्रेकिंग के सिद्धांत का भी उपयोग करती है। मंदीकरण समय को बढ़ाने से केवल लोड के पुनर्योजी वोल्टेज द्वारा इन्वर्टर की चार्जिंग गति को नियंत्रित किया जाता है, ताकि इन्वर्टर की पुनर्योजी ब्रेकिंग क्षमता का उचित उपयोग किया जा सके। जहाँ तक उन लोडों का प्रश्न है जो बाहरी बलों (संभावित ऊर्जा विमोचन सहित) के कारण मोटर को पुनर्योजी अवस्था में लाते हैं, चूँकि वे सामान्य रूप से ब्रेकिंग अवस्था में संचालित होते हैं, पुनर्योजी ऊर्जा इतनी अधिक होती है कि आवृत्ति कनवर्टर द्वारा स्वयं उपभोग नहीं की जा सकती। इसलिए, DC ब्रेकिंग का उपयोग करना या मंदीकरण समय को बढ़ाना असंभव है।
डीसी ब्रेकिंग की तुलना में, पुनर्योजी ब्रेकिंग में ब्रेकिंग टॉर्क अधिक होता है, और ब्रेकिंग टॉर्क के परिमाण को फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर की ब्रेकिंग यूनिट द्वारा लोड के आवश्यक ब्रेकिंग टॉर्क (अर्थात पुनर्योजी ऊर्जा के स्तर) के अनुसार स्वचालित रूप से नियंत्रित किया जा सकता है। इसलिए, सामान्य संचालन के दौरान लोड को ब्रेकिंग टॉर्क प्रदान करने के लिए पुनर्योजी ब्रेकिंग सबसे उपयुक्त है।
आवृत्ति रूपांतरण पुनर्योजी ब्रेकिंग की विधि:
1. ऊर्जा उपभोग प्रकार:
इस विधि में एक आवृत्ति परिवर्तक के डीसी परिपथ में एक ब्रेकिंग प्रतिरोधक को समानांतर रूप से जोड़ा जाता है, और डीसी बस वोल्टेज का पता लगाकर पावर ट्रांजिस्टर के चालू/बंद होने को नियंत्रित किया जाता है। जब डीसी बस वोल्टेज लगभग 700V तक बढ़ जाता है, तो पावर ट्रांजिस्टर चालक ऊर्जा उत्पन्न करता है, पुनर्जीवित ऊर्जा को प्रतिरोधक में प्रवाहित करता है और इसे तापीय ऊर्जा के रूप में उपभोग करता है, जिससे डीसी वोल्टेज में वृद्धि को रोका जा सकता है। पुनर्जीवित ऊर्जा का उपयोग न कर पाने के कारण, यह ऊर्जा उपभोग प्रकार का है। ऊर्जा उपभोग प्रकार के रूप में, डीसी ब्रेकिंग से इसका अंतर यह है कि यह मोटर के बाहर ब्रेकिंग प्रतिरोधक पर ऊर्जा का उपभोग करता है, इसलिए मोटर ज़्यादा गर्म नहीं होगी और अधिक बार काम कर सकेगी।
2. समानांतर डीसी बस अवशोषण प्रकार:
बहु-मोटर ड्राइव प्रणालियों (जैसे स्ट्रेचिंग मशीन) के लिए उपयुक्त, जहाँ प्रत्येक मोटर को एक आवृत्ति कनवर्टर की आवश्यकता होती है, कई आवृत्ति कनवर्टर एक ग्रिड-साइड कनवर्टर साझा करते हैं, और सभी इन्वर्टर एक सामान्य डीसी बस से समानांतर रूप से जुड़े होते हैं। इस प्रणाली में, अक्सर एक या कई मोटर ब्रेकिंग अवस्था में सामान्य रूप से कार्य करती हैं। ब्रेकिंग अवस्था में मोटर को अन्य मोटरों द्वारा पुनर्योजी ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए खींचा जाता है, जिसे फिर विद्युत अवस्था में मोटर द्वारा एक समानांतर डीसी बस के माध्यम से अवशोषित किया जाता है। यदि इसे पूरी तरह से अवशोषित नहीं किया जा सकता है, तो इसे एक साझा ब्रेकिंग प्रतिरोधक के माध्यम से उपभोग किया जाएगा। यहाँ पुनर्जीवित ऊर्जा आंशिक रूप से अवशोषित और उपयोग की जाती है, लेकिन इसे पावर ग्रिड में वापस नहीं भेजा जाता है।
3. ऊर्जा प्रतिक्रिया प्रकार:
ऊर्जा प्रतिपुष्टि प्रकार का इन्वर्टर ग्रिड साइड कनवर्टर उत्क्रमणीय होता है। जब पुनर्योजी ऊर्जा उत्पन्न होती है, तो उत्क्रमणीय कनवर्टर पुनर्योजी ऊर्जा को ग्रिड में वापस भेज देता है, जिससे पुनर्योजी ऊर्जा का पूर्ण उपयोग हो सके। लेकिन इस विधि के लिए बिजली आपूर्ति की उच्च स्थिरता की आवश्यकता होती है, और अचानक बिजली गुल होने पर, उलटाव और उलटाव की स्थिति उत्पन्न हो सकती है।