전력 및 전기 산업에서 주파수 변환기는 주로 에너지 절약 및 생산 공정 개선에 사용됩니다. 모터의 에너지 절약 및 속도 조절 장치로서 야금, 전력, 상수도, 석유, 화학, 석탄 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 주파수 변환기의 에너지 피드백 장치의 핵심은 능동 반전입니다. 일반 주파수 변환기의 에너지 피드백 장치의 구현 방식은 일반 주파수 변환기 전단의 비제어 정류기에서 역병렬 3상 인버터를 통해 회생 에너지를 계통에 공급하는 것입니다. 에너지 피드백 장치의 주 회로는 주로 사이리스터, IGBT, IPM 모듈 및 일부 주변 회로로 구성된 인버터 브리지로 구성됩니다.
인버터 브리지의 출력단은 세 개의 초크 리액터를 통해 주파수 변환기의 입력 단자 R, S, T에 연결되고, 입력단은 절연 다이오드를 통해 범용 주파수 변환기의 DC 측 양극 단자에 연결되어 "주파수 변환기 능동 인버터 브리지 그리드" 방향으로 에너지가 단방향으로 흐르도록 합니다. 초크 리액터의 기능은 전압차의 균형을 맞추고, 전류를 제한하며, 필터링하는 것으로, 회생 에너지를 전력망으로 피드백하는 데 중요한 역할을 합니다.
시스템의 작동 과정은 다음과 같습니다. 모터가 작동 중일 때는 활성 인버터 장치가 작동하지 않고 인버터 스위치 튜브가 모두 막혀 꺼진 상태입니다. 모터가 재생 전력 생성 상태에 있을 때 에너지는 모터에 의해 전력망으로 피드백되고 활성 인버터 장치를 작동시키기 위해 시작되어야 합니다.
에너지 피드백 중 능동 인버터 장치의 작동은 주파수 변환기의 DC 측 전압 Ud의 크기에 의해 제어됩니다. 이는 모터가 전기 상태에 있을 때 주파수 변환기의 DC 측 전압이 기본적으로 일정하게 유지된다는 사실에 기반합니다. 모터가 발전 제동 상태에 있을 때, AC 모터의 회생 에너지는 주파수 변환기의 중간 DC 링크에 있는 에너지 저장 커패시터를 충전하여 DC 버스 전압을 상승시킵니다. Ud의 크기가 감지되면 모터의 상태를 파악할 수 있으며, 능동 인버터 장치를 제어하여 에너지 피드백을 달성할 수 있습니다.
모터에서 에너지가 DC 측으로 다시 공급되면 DC 버스 전압이 전력망 라인의 피크 전압을 초과하게 되고, 범용 주파수 변환기의 정류기 브리지는 역전압으로 인해 정지됩니다. DC 버스 전압이 계속 상승하여 시작 활성 인버터 작동 전압을 초과하면 인버터가 작동을 시작하여 DC 측에서 전력망으로 에너지를 다시 공급합니다. DC 버스 전압이 인버터의 작동 전압까지 떨어지면 활성 인버터가 꺼집니다.
모터 감속 및 제동 시 발생하는 재생 에너지를 전력망에 피드백하기 위해 능동 인버터를 사용함으로써, 범용 주파수 변환기는 기존 제동 저항기 사용으로 인해 발생하는 낮은 효율과 빠른 제동 및 빈번한 정방향/역방향 회전 요구 사항 충족의 어려움을 극복할 수 있으며, 범용 주파수 변환기가 4분면에서 작동할 수 있습니다.
1) 에너지 피드백 제어 시스템
완전한 에너지 피드백 제어 시스템은 위상, 전압, 전류 등의 제어 조건을 충족해야 하며, 이를 위해서는 피드백 프로세스가 그리드 위상과 동기화되어야 하며, 활성 인버터 장치는 DC 버스 전압이 특정 값을 초과할 때만 시작되어야 합니다. 시스템은 피드백 전류의 크기를 제어할 수 있어야 하며, 이를 통해 모터의 제동 토크를 제어하고 정밀한 제동을 달성해야 합니다.
2) 두 가지 유형의 범용 주파수 변환기 에너지 피드백 장치
이전에는 에너지 피드백 장치의 주 회로가 주로 사이리스터와 IGBT로 구성되었습니다. 최근 몇 년 동안 일부 새로운 유형의 에너지 피드백 장치는 IPM과 같은 지능형 모듈을 사용하여 에너지 피드백 장치의 시스템 구조를 단순화했습니다.
(1) 사이리스터 에너지 피드백 유닛:
에너지 피드백 주회로는 사이리스터 소자로 구성되며, 이는 초기 에너지 피드백 장치이기도 합니다. 주파수 변환기뿐만 아니라 일부 DC 가역 속도 제어 시스템의 제동에도 사용됩니다.
① 범용 주파수 변환기의 정방향 작동 상태: 모터가 전기 상태에 있을 때, 주파수 변환기의 정류기는 작동하고, 에너지 피드백 유닛의 사이리스터 소자는 트리거되지 않고 차단 상태에 있으며, 정류기는 정방향으로 작동합니다. 인버터의 제어 가능한 인버터 부분은 작동하도록 트리거되고, 제어 불가능한 역방향 정류 부분은 차단 상태에 있으며, 인버터는 정방향으로 작동합니다.
② 범용 주파수 변환기의 역방향 작동 상태: 모터가 발전 상태에 있을 때, 주파수 변환기의 정류기는 차단 상태에 있으며, 에너지 피드백 유닛의 사이리스터 소자가 작동하도록 트리거됩니다. 인버터의 제어 가능 인버터 부분은 여전히 작동하도록 트리거되고, 제어 불가능 역방향 정류 부분은 작동 상태에 있으며, 인버터는 역방향으로 작동합니다.
(2) IGBT 에너지 피드백 유닛:
에너지 피드백 주회로는 일반 주파수 변환기에 가장 널리 사용되는 IGBT 소자로 구성됩니다. IGBT 소자에 내장된 프리휠링 다이오드는 직류 측에 연결된 절연 다이오드의 한계로 인해 정류 소자로 사용할 수 없습니다. 따라서 비용이 사이리스터 에너지 피드백 장치보다 높아야 합니다.
① 범용 주파수 변환기의 정방향 작동 상태: 모터가 전기 상태에 있을 때 주파수 변환기의 정류기는 작동하고, 에너지 피드백 유닛의 IGBT 소자는 트리거되지 않고 차단 상태에 있으며, 정류기는 정방향으로 작동합니다. 인버터의 IGBT 소자는 작동하도록 트리거되고, 제어되지 않는 역방향 정류부는 차단 상태에 있으며, 인버터는 정방향으로 작동합니다.
② 범용 주파수 변환기의 역방향 작동 상태: 모터가 발전 상태에 있을 때, 주파수 변환기의 정류기는 차단 상태에 있으며, 에너지 피드백 유닛의 IGBT 소자가 작동하도록 트리거됩니다. 인버터의 IGBT 소자는 여전히 작동하도록 트리거되고, 제어되지 않는 역방향 정류부가 작동하여 인버터가 역방향으로 작동합니다.