I fornitori di dispositivi di retroazione energetica per convertitori di frequenza ricordano che attualmente la semplice frenatura a consumo energetico è ampiamente utilizzata nei sistemi di controllo della velocità a conversione di frequenza CA, che presentano svantaggi come spreco di energia elettrica, elevato riscaldamento della resistenza e scarse prestazioni di frenata rapida. Quando i motori asincroni frenano frequentemente, l'utilizzo della frenatura a retroazione è un metodo molto efficace per risparmiare energia ed evitare danni all'ambiente e alle apparecchiature durante la frenata. Risultati soddisfacenti sono stati ottenuti in settori come quello delle locomotive elettriche e dell'estrazione petrolifera. Con la continua introduzione di nuovi dispositivi elettronici di potenza, la crescente economicità e la crescente consapevolezza del pubblico in materia di risparmio energetico e riduzione dei consumi, le prospettive applicative sono molteplici.
Principio di frenata a feedback
Nel sistema di regolazione della velocità a frequenza variabile, la decelerazione e l'arresto del motore si ottengono riducendo gradualmente la frequenza. Nel momento in cui la frequenza diminuisce, la velocità sincrona del motore diminuisce di conseguenza. Tuttavia, a causa dell'inerzia meccanica, la velocità del rotore del motore rimane invariata e la sua variazione di velocità presenta un certo ritardo. In questo momento, la velocità effettiva sarà maggiore di quella nominale, determinando una situazione in cui la forza controelettromotrice e del motore è superiore alla tensione continua u del convertitore di frequenza, ovvero e > u. A questo punto, il motore elettrico diventa un generatore, che non solo non richiede alimentazione dalla rete, ma può anche immettere elettricità nella rete. Questo non solo ha un buon effetto frenante, ma converte anche l'energia cinetica in energia elettrica, che può essere inviata alla rete per recuperare energia, prendendo due piccioni con una fava. Naturalmente, per ottenere questo risultato, è necessario un dispositivo di retroazione energetica per il controllo automatico. Inoltre, il circuito di retroazione energetica dovrebbe includere anche reattori CA e CC, assorbitori di capacità resistive, interruttori elettronici, ecc.
Come è noto, il circuito raddrizzatore a ponte dei convertitori di frequenza generici è trifase non controllabile, quindi non può realizzare un trasferimento di energia bidirezionale tra il circuito CC e l'alimentatore. Il modo più efficace per risolvere questo problema è utilizzare la tecnologia inverter attiva, e la parte raddrizzatore adotta un raddrizzatore reversibile, noto anche come convertitore lato rete. Controllando l'inverter lato rete, l'energia elettrica rigenerata viene convertita in corrente alternata con la stessa frequenza, fase e frequenza della rete e reimmessa in rete per ottenere la frenatura. In precedenza, le unità inverter attive utilizzavano principalmente circuiti a tiristori, che possono eseguire in sicurezza il funzionamento in retroazione solo con una tensione di rete stabile e non soggetta a guasti (fluttuazioni della tensione di rete non superiori al 10%). Questo tipo di circuito può eseguire in sicurezza il funzionamento in retroazione dell'inverter solo con una tensione di rete stabile e non soggetta a guasti (con fluttuazioni della tensione di rete non superiori al 10%). Poiché durante la frenatura della generazione di energia, se il tempo di frenatura della tensione di rete è superiore a 2 ms, potrebbero verificarsi guasti di commutazione e danni ai componenti. Inoltre, durante il controllo approfondito, questo metodo presenta un basso fattore di potenza, un elevato contenuto armonico e una commutazione sovrapposta, che causerà la distorsione della forma d'onda della tensione di rete. A ciò si aggiungono complessità di controllo e costi elevati. Con l'applicazione pratica di dispositivi completamente controllati, sono stati sviluppati convertitori reversibili a controllo chopper che utilizzano il controllo PWM. In questo modo, la struttura dell'inverter lato rete è completamente identica a quella dell'inverter, entrambi con controllo PWM.
Dall'analisi di cui sopra, si evince che per ottenere una frenatura a feedback energetico dell'inverter, la chiave è controllare l'inverter lato rete. Il testo seguente si concentra sull'algoritmo di controllo dell'inverter lato rete utilizzando dispositivi completamente controllati e un metodo di controllo PWM.
Caratteristiche di frenata a feedback
In senso stretto, l'inverter lato rete non può essere semplicemente definito un "raddrizzatore", poiché può funzionare sia come raddrizzatore che come inverter. Grazie all'utilizzo di dispositivi di autospegnimento, l'ampiezza e la fase della corrente alternata possono essere controllate tramite un'appropriata modalità PWM, facendo sì che la corrente di ingresso si avvicini a un'onda sinusoidale e garantendo che il fattore di potenza del sistema si avvicini sempre a 1. Quando la potenza rigenerativa restituita dall'inverter dalla frenatura di decelerazione del motore aumenta la tensione continua, la fase della corrente alternata in ingresso può essere invertita rispetto alla fase della tensione di alimentazione per ottenere il funzionamento rigenerativo e la potenza rigenerativa può essere reimmessa nella rete elettrica alternata, mentre il sistema può comunque mantenere la tensione continua al valore specificato. In questo caso, l'inverter lato rete funziona in uno stato di inverter attivo. Ciò semplifica il flusso di potenza bidirezionale e presenta una rapida velocità di risposta dinamica. Allo stesso tempo, questa struttura topologica consente al sistema di controllare completamente lo scambio di potenza reattiva e attiva tra il lato CA e quello CC, con un'efficienza fino al 97% e significativi vantaggi economici. La perdita di calore è pari all'1% del consumo energetico in frenata e non inquina la rete elettrica. Il fattore di potenza è pari a circa 1, il che è ecologico. Pertanto, la frenatura a retroazione può essere ampiamente utilizzata per il funzionamento a risparmio energetico in scenari di frenatura a retroazione energetica della trasmissione CA PWM, soprattutto in situazioni in cui sono richieste frenate frequenti. Anche la potenza del motore elettrico è elevata e l'effetto di risparmio energetico è significativo. A seconda delle condizioni operative, l'effetto medio di risparmio energetico è di circa il 20%.