In de energie- en elektrotechnische industrie worden frequentieomvormers voornamelijk gebruikt voor energiebesparing en het verbeteren van productieprocessen. Als energiebesparende en toerenregelende apparaten voor motoren worden ze veel gebruikt in de metallurgie, energie, watervoorziening, petroleum, chemie, steenkool en andere sectoren. De essentie van de energiefeedback-unit van de frequentieomvormer is actieve inversie. De implementatiemethode van de energiefeedback-unit van de algemene frequentieomvormer is het terugleveren van de opgewekte energie aan het net via anti-parallelle driefase-omvormers bij de ongeregelde gelijkrichter van de voortrap van de algemene frequentieomvormer. Het hoofdcircuit van de energiefeedback-unit bestaat voornamelijk uit een inverterbrug bestaande uit thyristors, IGBT's, IPM-modules en enkele randapparatuurcircuits.
De uitgangszijde van de omvormerbrug is via drie smoorspoelen verbonden met de ingangsklemmen R, S en T van de frequentieomvormer, en de ingangszijde is via een isolatiediode verbonden met de positieve aansluiting van de DC-zijde van de universele frequentieomvormer om de unidirectionele energiestroom in de richting van het "actieve omvormerbrugnet van de frequentieomvormer" te garanderen. De functie van een smoorspoel is het compenseren van spanningsverschillen, het beperken van stroom en het filteren, en speelt een belangrijke rol bij de teruglevering van regeneratieve energie aan het elektriciteitsnet.
Het werkproces van het systeem is als volgt: wanneer de motor draait, werkt het actieve omvormerapparaat niet en zijn de omvormerschakelbuizen allemaal geblokkeerd en in de uit-stand. Wanneer de motor in een regeneratieve stroomopwekkingsstatus staat, wordt energie door de motor teruggevoerd naar het net en moet het actieve omvormerapparaat worden gestart om te werken.
De activering van de actieve inverter tijdens energiefeedback wordt geregeld door de grootte van de DC-spanning Ud van de frequentieomvormer. Het uitgangspunt is dat wanneer de motor in een elektrische toestand verkeert, de DC-spanning van de frequentieomvormer in principe constant blijft. Wanneer de motor in een genererende remtoestand verkeert, laadt de regeneratieve energie van de AC-motor de energieopslagcondensator in de middelste DC-tussenkring van de frequentieomvormer op, waardoor de DC-busspanning stijgt. Zolang de grootte van Ud wordt gedetecteerd, kan de toestand van de motor worden bepaald en kan de actieve inverter worden aangestuurd om energiefeedback te realiseren.
Wanneer de energie door de motor wordt teruggevoerd naar de DC-zijde, waardoor de DC-busspanning de piekspanning van het elektriciteitsnet overschrijdt, wordt de gelijkrichterbrug van de universele frequentieomvormer uitgeschakeld vanwege de omgekeerde spanning. Wanneer de DC-busspanning blijft stijgen en de startspanning van de actieve omvormer overschrijdt, begint de omvormer te werken en levert energie terug aan het net vanaf de DC-zijde. Wanneer de DC-busspanning daalt tot de bedrijfsspanning van de omvormer, wordt de actieve omvormer uitgeschakeld.
Door gebruik te maken van een actieve omvormer om de regeneratieve energie die wordt gegenereerd tijdens het vertragen en remmen van de motor terug te voeren naar het elektriciteitsnet, kan een universele frequentieomvormer de lage efficiëntie en de moeilijkheid om te voldoen aan de eisen van snel remmen en frequente voorwaartse/achterwaartse rotatie die worden veroorzaakt door het traditionele gebruik van remweerstanden, overwinnen. Hierdoor kan de universele frequentieomvormer in vier kwadranten werken.
1) Energiefeedback-regelsysteem
Een compleet energiefeedbackregelsysteem moet voldoen aan de regelvoorwaarden voor fase, spanning, stroom, enz. Dit vereist dat het feedbackproces gesynchroniseerd moet zijn met de netfase en dat de actieve omvormer alleen mag worden gestart als de DC-busspanning een bepaalde waarde overschrijdt. Het systeem moet de grootte van de feedbackstroom kunnen regelen en zo het remkoppel van de motor kunnen regelen en nauwkeurig remmen mogelijk maken.
2) Twee typen universele frequentieomvormer-energieterugkoppelingseenheden
Vroeger bestond het hoofdcircuit van energiefeedbackunits voornamelijk uit thyristors en IGBT's. De laatste jaren maken sommige nieuwe typen energiefeedbackunits ook gebruik van intelligente modules zoals IPM om de systeemstructuur van energiefeedbackunits te vereenvoudigen.
(1) Thyristor-energiefeedbackeenheid:
Het hoofdcircuit voor energieterugkoppeling bestaat uit thyristors, eveneens een vroege vorm van energieterugkoppeling. Het wordt niet alleen gebruikt in frequentieomvormers, maar ook bij het remmen van sommige DC-omkeerbare snelheidsregelsystemen.
① Voorwaartse werktoestand van de universele frequentieomvormer: Wanneer de motor in de elektrische toestand is, werkt de gelijkrichter van de frequentieomvormer, terwijl de thyristor in de energieterugkoppelingseenheid niet is geactiveerd en zich in de uitgeschakelde toestand bevindt, en de gelijkrichter in voorwaartse richting werkt. Het regelbare invertergedeelte van de inverter is geactiveerd om te werken, het onregelbare omgekeerde gelijkrichtgedeelte bevindt zich in de uitgeschakelde toestand en de inverter werkt in voorwaartse richting.
2 Omgekeerde werktoestand van de universele frequentieomvormer: Wanneer de motor zich in de genererende toestand bevindt, bevindt de gelijkrichter van de frequentieomvormer zich in de uitgeschakelde toestand en worden de thyristors in de energieterugkoppelingseenheid geactiveerd. Het regelbare invertergedeelte van de inverter blijft geactiveerd, het onregelbare omgekeerde gelijkrichtgedeelte bevindt zich in de werkende toestand en de inverter werkt omgekeerd.
(2) IGBT-energiefeedbackeenheid:
Het hoofdcircuit voor energiefeedback bestaat uit IGBT-componenten, die het meest worden gebruikt in algemene frequentieomvormers. De vrijloopdiode die in IGBT-componenten is geïntegreerd, kan niet als gelijkrichter worden gebruikt vanwege de beperking van de isolatiediode die aan de gelijkstroomzijde is aangesloten. De kosten hiervan zouden hoger moeten zijn dan die van de thyristor-energiefeedbackeenheid.
① De voorwaartse werkstand van de universele frequentieomvormer: Wanneer de motor zich in de elektrische stand bevindt, werkt de gelijkrichter van de frequentieomvormer, terwijl het IGBT-apparaat in de energieterugkoppelingseenheid niet is geactiveerd en zich in de uitgeschakelde toestand bevindt, en de gelijkrichter in voorwaartse richting werkt. De IGBT-apparaten in de omvormer worden geactiveerd om te werken en het ongecontroleerde omgekeerde gelijkrichtgedeelte bevindt zich in de uitgeschakelde toestand, terwijl de omvormer in voorwaartse richting werkt.
2 Omgekeerde werktoestand van de universele frequentieomvormer: Wanneer de motor zich in de genererende toestand bevindt, bevindt de gelijkrichter van de frequentieomvormer zich in de uitgeschakelde toestand en wordt het IGBT-apparaat in de energiefeedback-unit geactiveerd. De IGBT-apparaten in de omvormer worden nog steeds geactiveerd en het ongecontroleerde omgekeerde gelijkrichtingsgedeelte is in werking, waardoor de omvormer omgekeerd werkt.