Leveranciers van energiefeedbackapparaten voor frequentieomvormers herinneren u eraan dat eenvoudige energiebesparende remmen momenteel veel worden gebruikt in AC-frequentieomzettingssystemen voor snelheidsregeling. Deze hebben nadelen zoals verspilling van elektrische energie, sterke weerstandsverhitting en slechte remprestaties. Wanneer asynchrone motoren vaak remmen, is feedbackremmen een zeer effectieve energiebesparende methode die schade aan het milieu en de apparatuur tijdens het remmen voorkomt. Bevredigende resultaten zijn behaald in sectoren zoals elektrische locomotieven en oliewinning. Met de voortdurende opkomst van nieuwe vermogenselektronica, toenemende kosteneffectiviteit en het bewustzijn van mensen over energiebesparing en -verbruiksreductie, is er een breed scala aan toepassingsmogelijkheden.
De energieterugkoppelingsrem is met name geschikt voor situaties waarin het motorvermogen groot is, bijvoorbeeld groter dan of gelijk aan 100 kW, het traagheidsmoment gd2 van de apparatuur groot is en het apparaat deel uitmaakt van een systeem met herhaalde kortdurende continue werking. De vertraging van hoge snelheid naar lage snelheid is groot, de remtijd is kort en krachtig remmen is vereist. Om het energiebesparende effect te verbeteren en het energieverlies tijdens het remproces te verminderen, is het ook noodzakelijk om de vertragingsenergie terug te winnen en terug te voeren naar het elektriciteitsnet om een energiebesparend effect te bereiken.
Terugkoppelingsremmenprincipe
In het systeem met variabele frequentieregeling worden de vertraging en het stoppen van de motor bereikt door de frequentie geleidelijk te verlagen. Zodra de frequentie afneemt, neemt ook het synchrone toerental van de motor af. Door mechanische traagheid blijft het rotortoerental van de motor echter ongewijzigd en verloopt de snelheidsverandering met enige vertraging. Op dat moment zal het werkelijke toerental hoger zijn dan het gegeven toerental, wat resulteert in een situatie waarin de tegen-elektromotorische kracht e van de motor hoger is dan de DC-klemspanning u van de frequentieomvormer, oftewel e > u. Op dit punt wordt de elektromotor een generator, die niet alleen geen stroom van het net nodig heeft, maar ook elektriciteit aan het net kan leveren. Dit heeft niet alleen een goede remwerking, maar zet ook kinetische energie om in elektrische energie, die aan het net kan worden geleverd om energie terug te winnen, waarmee twee vliegen in één klap worden geslagen. Uiteraard is hiervoor een energieterugkoppelingseenheid voor automatische regeling vereist. Bovendien moet het energiefeedbackcircuit ook AC- en DC-reactoren, weerstand-capaciteit-absorbers, elektronische schakelaars, etc. bevatten.
Zoals bekend is het bruggelijkrichtercircuit van algemene frequentieomvormers driefasig en onregelbaar, waardoor het onmogelijk is om bidirectionele energieoverdracht te bereiken tussen het gelijkstroomcircuit en de voeding. De effectieve oplossing voor dit probleem is het gebruik van actieve invertertechnologie. Het gelijkrichtergedeelte maakt gebruik van een omkeerbare gelijkrichter, ook wel bekend als een netomvormer. Door de netomvormer aan te sturen, wordt de geregenereerde elektrische energie omgezet in wisselstroom met dezelfde frequentie, fase en frequentie als het net, en teruggevoerd naar het net om te remmen. Voorheen maakten actieve inverterunits voornamelijk gebruik van thyristorcircuits, die alleen veilig feedback kunnen uitvoeren bij een stabiele, storingsvrije netspanning (netspanningsfluctuaties van maximaal 10%). Dit type circuit kan alleen veilig feedback van de inverter uitvoeren bij een stabiele, storingsvrije netspanning (met netspanningsfluctuaties van maximaal 10%). Omdat tijdens het remmen op elektriciteitsopwekking, als de remtijd van de netspanning langer is dan 2 ms, commutatiefouten kunnen optreden en componenten beschadigd kunnen raken. Bovendien heeft deze methode bij diepe regeling een lage vermogensfactor, een hoog harmonisch gehalte en overlappende commutatie, wat vervorming van de spanningsgolfvorm van het elektriciteitsnet veroorzaakt. Tegelijkertijd wordt de complexiteit en de hoge kosten onder controle gehouden. Met de praktische toepassing van volledig gecontroleerde apparaten zijn choppergestuurde omkeerbare omvormers ontwikkeld die gebruikmaken van PWM-regeling. Op deze manier is de structuur van de netzijdige omvormer volledig gelijk aan die van de omvormer die beide gebruikmaken van PWM-regeling.
Uit bovenstaande analyse blijkt dat het essentieel is om de netzijdige omvormer te regelen om daadwerkelijk energieterugkoppeling van de omvormer te bereiken. De volgende tekst richt zich op het regelalgoritme van de netzijdige omvormer met behulp van volledig aangestuurde apparaten en een PWM-regelmethode.
besturingsalgoritme
Het besturingsalgoritme voor netzijde-omvormers maakt doorgaans gebruik van een vectorbesturingsalgoritme, waarbij vdc, v * dc en △ vdc respectievelijk de gemeten waarde, de gegeven waarde en de regelfout van de DC-busspanning vertegenwoordigen; id、i*d、 Δ id vertegenwoordigen de gemeten waarde, de gegeven waarde en de regelfout van de d-as van de netzijde-omvormer; iq、i*q、 Δ iq vertegenwoordigen de gemeten waarde, de gegeven waarde en de regelfout van de q-as-stroom van de netzijde-omvormer; Δ v * d, v * d en v * q vertegenwoordigen respectievelijk de instelwaarde voor de afwijking van de uitgangsspanning van de d-as, de instelwaarde voor de uitgangsspanning van de d-as en de instelwaarde voor de uitgangsspanning van de q-as van de netzijde-omvormer; EABC, V * ABC en IABC vertegenwoordigen respectievelijk de momentane gegeven waarden van het netpotentiaal, de uitgangsspanning van de netzijde-omvormer en de momentane driefasewaarden van de uitgangsstroom; e. φ geeft respectievelijk de amplitude en de fase van het roosterpotentiaal weer.
Het vectorregelalgoritme berekent het verschil tussen de gemeten DC-busspanning en de gegeven waarde en verkrijgt de gegeven waarde van de d-asstroom via een PI-regelaar. Vervolgens wordt, op basis van de gemeten fase van de netspanning, de gemeten uitgangsstroom van de netomvormer synchroon gecoördineerd om de gemeten waarden van de d-asstroom en q-asstroom te verkrijgen. Na pi-aanpassing wordt de d-aswaarde opgeteld bij de amplitude van de netspanning om de gegeven waarden van de d-asspanning en q-asspanning te verkrijgen. Na synchrone coördinaten-inverse transformatie wordt de uitvoer verkregen.
Het voordeel van dit algoritme is de hoge regelnauwkeurigheid en de goede dynamische respons. Het nadeel is dat er veel coördinatentransformaties in het regelalgoritme zitten en dat het algoritme complex is, waardoor er veel rekenkracht van de regelprocessor nodig is.
Het maakt gebruik van een PWM-gelijkrichter met stroomvolging. Dit vereenvoudigde algoritme vermenigvuldigt de d-as stroominstelwaarde direct met de driefasige sinusreferentiewaarde, verkregen uit de opzoektabel voor gemeten netspanningsfasen, om de instelwaarde van de driefasige uitgangsstroom te verkrijgen. Vervolgens wordt een eenvoudige pi-aanpassing uitgevoerd om de instelwaarde van de driefasige uitgangsspanning te verkrijgen en deze uit te voeren. Door het weglaten van coördinatentransformatieberekeningen in dit algoritme is het rekenvermogen van de besturingsprocessor relatief laag. Aan de andere kant is er, vanwege de kenmerken van de PI-regelaar zelf, een zekere steady-state-fout in de regeling van de wisselstroom, waardoor de vermogensfactor van dit algoritme lager is dan die van het standaard vectorregelalgoritme. Tijdens dynamische processen is de fluctuatie van de gelijkspanning relatief groot en is de kans op gelijkspanning en andere storingen tijdens snelle dynamische processen relatief hoog.
Feedback-remkarakteristieken
Strikt genomen kan de netomvormer niet simpelweg een "gelijkrichter" worden genoemd, omdat hij zowel als gelijkrichter als omvormer kan functioneren. Door het gebruik van zelfuitschakelende apparaten kunnen de grootte en fase van de wisselstroom worden geregeld via een geschikte PWM-modus, waardoor de ingangsstroom een sinusgolf benadert en de vermogensfactor van het systeem altijd 1 benadert. Wanneer het regeneratieve vermogen dat door de motorrem door deceleratie van de motor wordt teruggevoerd, de gelijkspanning verhoogt, kan de fase van de wisselstroom worden omgedraaid ten opzichte van de fase van de voedingsspanning om regeneratieve werking te bereiken. Het regeneratieve vermogen kan vervolgens worden teruggevoerd naar het wisselstroomnet, terwijl het systeem de gelijkspanning nog steeds op de gegeven waarde kan handhaven. In dit geval werkt de netomvormer in een actieve omvormertoestand. Dit maakt het eenvoudig om een bidirectionele stroomstroom te bereiken en heeft een snelle dynamische responstijd. Tegelijkertijd stelt deze topologiestructuur het systeem in staat om de uitwisseling van reactief en actief vermogen tussen de wissel- en gelijkstroomzijde volledig te regelen, met een efficiëntie tot 97% en aanzienlijke economische voordelen. Het warmteverlies bedraagt 1% van het energieverbruik bij het remmen en het vervuilt het elektriciteitsnet niet. De vermogensfactor is ongeveer 1, wat milieuvriendelijk is. Feedbackremmen kan daarom op grote schaal worden gebruikt voor energiebesparende toepassingen in scenario's met energiefeedbackremmen van PWM AC-transmissie, met name in situaties waarin frequent remmen vereist is. Het vermogen van de elektromotor is ook hoog en het energiebesparende effect is aanzienlijk. Afhankelijk van de bedrijfsomstandigheden bedraagt het gemiddelde energiebesparende effect ongeveer 20%. Het enige nadeel van feedbackregeling is de complexe structuur van het besturingssysteem.
Samenvattend kan worden gesteld dat het energiefeedbacksysteem veel betere voordelen biedt dan energieverbruikremmen en gelijkstroomremmen. Door feedbackremmen te gebruiken om opgewekte elektriciteit terug te voeren naar het net, kan het energieverbruik worden verminderd en kunnen elektriciteitskosten worden bespaard. Daarom is het promoten en toepassen van feedbackremmen van groot belang voor energiebesparing in de huidige situatie van stroomtekorten, veroorzaakt door de snelle economische ontwikkeling in verschillende delen van China.