周波数変換器のエネルギー消費に対する解決策

周波数変換器用エネルギーフィードバック装置のサプライヤーは、汎用周波数変換器、非同期モータ、および機械負荷で構成される従来の周波数制御システムにおいて、モータが伝達する電位負荷が低下すると、モータが回生ブレーキ状態になる可能性があることに注意を促しています。また、モータが高速から低速(駐車を含む)に減速すると、周波数が急激に低下しますが、モータの機械的慣性により、回生発電状態になる場合があります。伝送システムに蓄積された機械エネルギーは、モータによって電気エネルギーに変換され、インバータの6つのフリーホイールダイオードを介してインバータの直流回路に送り返されます。このとき、インバータは整流状態にあります。この時点で、周波数変換器でエネルギーを消費する対策を講じないと、このエネルギーは中間回路のエネルギー貯蔵コンデンサの電圧を上昇させます。ブレーキが速すぎる場合、または機械負荷がホイストである場合、このエネルギーは周波数変換器に損傷を与える可能性があるため、このエネルギーをどのように利用するかを検討する必要があります。

一般的な周波数変換器では、回生エネルギーの処理方法として、主に2つの方法が用いられます。(1)直流回路において、コンデンサと並列に人為的に設置された「制動抵抗器」に回生エネルギーを散逸させる方法(パワーブレーキ状態)と、(2)電力系統にフィードバックさせる方法(フィードバックブレーキ状態(回生ブレーキ状態とも呼ばれる))です。また、直流ブレーキという別のブレーキ方法もあります。これは、正確な駐車が必要な場合や、始動前に外部要因によりブレーキモーターが不規則に回転する場合に使用できます。

周波数変換技術の発展に伴い、周波数変換器ブレーキの設計と応用、特に「エネルギーフィードバックブレーキ」という新しいブレーキ方式は、「フィードバックブレーキ」と高い運転効率の利点に加え、「エネルギー消費ブレーキ」の利点も備えており、電力網を汚染せず、信頼性も高い。

エネルギー消費ブレーキ

直流回路に設置されたブレーキ抵抗器を使用してモーターの回生電気エネルギーを吸収する方法は、エネルギー消費ブレーキと呼ばれ、構造が簡単、電力網を汚染しない(フィードバック制御と比較して)、コストが低いなどの利点があります。欠点は、特に頻繁なブレーキ時に動作効率が低く、大量のエネルギーを消費し、ブレーキ抵抗器の容量が増加することです。

一般的に、一般的な周波数変換器では、低出力(22kW未満)の周波数変換器にはブレーキユニットが内蔵されており、外付けブレーキ抵抗器のみが必要です。高出力(22kW以上)の周波数変換器では、外付けブレーキユニットとブレーキ抵抗器が必要です。

フィードバックブレーキ

エネルギーフィードバックブレーキを実現するためには、同周波数同位相の電圧制御、フィードバック電流制御などの条件が必要です。アクティブインバータ技術を採用し、回生電気エネルギーを電力網と同じ周波数と位相の交流電力に変換して電力網に戻すことでブレーキを実現します。フィードバックブレーキの利点は、電気エネルギーのフィードバックによってシステムの効率が向上することです。欠点は、(1)このフィードバックブレーキ方式は、故障が発生しにくい安定した電力網電圧(電力網電圧変動が10%を超えない)下でのみ使用できます。発電ブレーキの動作中に、電力網の電圧故障時間が2msを超えると、整流障害が発生し、部品が損傷する可能性があるためです。(2)フィードバック中に、電力網に高調波汚染があります。(3)制御が複雑で、コストが高いです。

新しいブレーキ方式(コンデンサフィードバックブレーキ)

エネルギーフィードバック技術は、IGBTを整流ブリッジとして用い、IGBT機能モジュールは双方向のエネルギーフローを実現すると同時に、高速DSPチップを用いてPWM制御パルスを生成します。一方では、コンデンサに蓄積された電気エネルギーを電力網に逆変換することができます。他方では、入力力率を調整することで、電力網への高調波汚染を排除することができます。

電力消費時には、整流制御ユニットのDSPが6つの高周波PWMパルスを生成し、整流側の6つのIGBTの導通と遮断を制御します。IGBTの導通と遮断はリアクトルと連動して、入力電圧の位相と一致する正弦波電流波形を生成するため、整流ブリッジで発生する高調波を除去し、電力網への高調波汚染を防ぎます。

発電状態では、インバータ側のダイオードを介してエネルギーがDCバスにフィードバックされ、蓄積されるにつれてDCバスの電圧も上昇します。一定値を超えると、整流器側のエネルギーフィードバック部が起動し、DC電力をAC電力に変換します。位相と振幅を調整した後、AC電力網に送り返すことで省エネ効果を実現します。