Leverandører av støtteutstyr for frekvensomformere minner om at i tradisjonelle frekvenskontrollsystemer som består av generelle frekvensomformere, asynkronmotorer og mekaniske belastninger, kan motoren være i en regenerativ bremsetilstand når den potensielle lasten som overføres av motoren senkes. Eller når motoren bremses ned fra høy hastighet til lav hastighet (inkludert parkering), kan frekvensen plutselig synke, men på grunn av motorens mekaniske treghet kan den være i en regenerativ kraftgenereringstilstand. Den mekaniske energien som er lagret i transmisjonssystemet, omdannes til elektrisk energi av motoren og sendes tilbake til likestrømskretsen til omformeren gjennom omformerens seks friløpsdioder. På dette tidspunktet er omformeren i en likerettet tilstand. Hvis det ikke iverksettes tiltak for å forbruke energi i frekvensomformeren, vil denne energien føre til at spenningen til energilagringskondensatoren i mellomkretsen øker. Hvis bremsingen er for rask eller den mekaniske belastningen er en heis, kan denne delen av energien forårsake skade på frekvensomformeren, så vi bør vurdere denne delen av energien.
Generelt sett finnes det to vanligste metoder for behandling av regenerert energi i frekvensomformere:
(1) Dissipasjon til "bremsemotstanden" som er kunstig satt parallelt med kondensatoren i likestrømskretsen kalles dynamisk bremsetilstand;
(2) Hvis den mates tilbake til strømnettet, kalles det tilbakekoblingsbremsetilstand (også kjent som regenerativ bremsetilstand). Det finnes en annen bremsemetode, nemlig likestrømsbremsing, som kan brukes i situasjoner der nøyaktig parkering er nødvendig eller når bremsemotoren roterer uregelmessig på grunn av eksterne faktorer før start.
Mange eksperter har diskutert design og anvendelse av frekvensomformerbremsing i bøker og publikasjoner, spesielt i den senere tid har det vært mange artikler om "energitilbakekoblingsbremsing". I dag presenterer forfatteren en ny type bremsemetode, som har fordelene med firekvadrantdrift med "tilbakekoblingsbremsing" og høy driftseffektivitet, samt fordelene med "energiforbruksbremsing" for forurensningsfritt strømnett og høy pålitelighet.
Energiforbruk bremsing
Metoden der man bruker bremsemotstanden i likestrømskretsen til å absorbere motorens regenerative elektriske energi kalles energiforbruksbremsing.
Fordelen er enkel konstruksjon; ingen forurensning av strømnettet (sammenlignet med tilbakekoblingskontroll), lave kostnader; Ulempen er lav driftseffektivitet, spesielt ved hyppig bremsing, som vil forbruke mye energi og øke kapasiteten til bremsemotstanden.
Generelt sett er frekvensomformere, laveffektsfrekvensomformere (under 22 kW), utstyrt med en innebygd bremseenhet, som bare krever en ekstern bremsemotstand. Høyeffektsfrekvensomformere (over 22 kW) krever eksterne bremseenheter og bremsemotstander.
Tilbakekoblingsbremsing
For å oppnå energitilbakekoblingsbremsing kreves det forhold som spenningskontroll ved samme frekvens og fase, tilbakekoblingsstrømkontroll osv. Den bruker aktiv inverterteknologi for å omdanne regenerert elektrisk energi til vekselstrøm med samme frekvens og fase som strømnettet og returnere den til nettet, og dermed oppnå bremsing.
Fordelen med tilbakekoblingsbremsing er at den kan operere i fire kvadranter, og tilbakekobling av elektrisk energi forbedrer systemets effektivitet. Ulempene er:
(1) Denne tilbakekoblingsbremsemetoden kan bare brukes under stabil nettspenning som ikke er utsatt for feil (med nettspenningsfluktuasjoner som ikke overstiger 10 %). Fordi kommutasjonsfeil kan oppstå og komponentene kan bli skadet hvis spenningsfeiltiden i strømnettet er større enn 2 ms under drift av kraftgenereringsbremsing.
(2) Under tilbakekobling er det harmonisk forurensning av strømnettet.
(3) Kontrollen er kompleks og kostnaden er høy.
Ny bremsemetode (kondensatortilbakekoblingsbremsing)
Hovedkretsprinsipp
Likeretterdelen bruker en felles, ukontrollerbar likeretterbro for likerettering, filterkretsen bruker en universell elektrolyttkondensator, og forsinkelseskretsen bruker enten en kontaktor eller en tyristor. Lade- og tilbakekoblingskretsen består av en effektmodul IGBT, en lade- og tilbakekoblingsreaktor L og en stor elektrolyttkondensator C (med en kapasitet på omtrent noen få tidels meter, som kan bestemmes i henhold til frekvensomformerens operativsystem). Omformerdelen består av effektmodul IGBT. Beskyttelseskretsen består av IGBT og effektmotstand.
1) Status for drift av elektrisk motorkraftproduksjon
CPU-en overvåker inngangsspenningen AC og DC-kretsspenningen (μd) i sanntid, og bestemmer om det skal sendes et ladesignal til VT1. Når μd er høyere enn den tilsvarende DC-spenningsverdien (for eksempel 380VAC - 530VDC) for inngangsspenningen AC, slår CPU-en av VT3 og lader elektrolyttkondensatoren C gjennom pulsledning av VT1. På dette tidspunktet er reaktoren L og elektrolyttkondensatoren C delt for å sikre at elektrolyttkondensatoren C opererer innenfor et trygt område. Når spenningen på elektrolyttkondensatoren C nærmer seg en farlig verdi (for eksempel 370V) mens systemet fortsatt er i en strømgenererende tilstand, og den elektriske energien kontinuerlig sendes tilbake til DC-kretsen gjennom omformeren, spiller sikkerhetskretsen en rolle i å oppnå energiforbruksbremsing (motstandsbremsing), kontrollere av- og påslåing av VT3, og dermed realisere forbruket av overflødig energi av motstand R. Vanligvis oppstår ikke denne situasjonen.
(2) Driftsstatus for elektrisk motor
Når CPU-en oppdager at systemet ikke lenger lader, leder den VT3 med pulser, noe som skaper en umiddelbar positiv og negativ spenning til venstre på reaktor L. Kombinert med spenningen på elektrolyttkondensatoren C, kan energitilbakekoblingsprosessen fra kondensatoren til likestrømskretsen oppnås. CPU-en styrer svitsjefrekvensen og arbeidssyklusen til VT3 ved å detektere spenningen på elektrolyttkondensatoren C og spenningen i likestrømskretsen, og kontrollerer dermed tilbakekoblingsstrømmen og sikrer at likestrømskretsspenningen νd ikke blir for høy.
Systemproblemer
(1) Valg av reaktorer
(a) Vi vurderer de spesielle driftsforholdene og antar at det oppstår en viss feil i systemet, noe som fører til at den potensielle energibelastningen som bæres av motoren akselererer fritt og faller. På dette tidspunktet er motoren i en strømgenererende driftstilstand,
Den regenererte energien sendes tilbake til likestrømskretsen gjennom seks frittgående dioder, noe som forårsaker en økning i ∆d og raskt setter omformeren i ladetilstand. På dette tidspunktet vil strømmen være veldig høy. Så den valgte reaktortråddiameteren bør være stor nok til å føre strømmen gjennom på dette tidspunktet.
(b) For å frigjøre så mye elektrisk energi som mulig i tilbakekoblingssløyfen før neste lading av elektrolyttkondensatoren, kan ikke valg av en vanlig jernkjerne (silisiumstålplate) oppnås. Det er best å velge en jernkjerne laget av ferrittmateriale. Ut fra strømverdien som er vurdert ovenfor, kan man se hvor stor denne jernkjernen er. Det er ukjent om det finnes en så stor ferrittjernkjerne på markedet. Selv om det finnes en, vil prisen definitivt ikke være veldig lav.
Så foreslår forfatteren å bruke én reaktor for hver lade- og tilbakekoblingskrets.
(2) Vanskeligheter med kontroll
(a) I likestrømskretsen til frekvensomformeren er spenningen νd generelt høyere enn 500 VDC, mens motstandsspenningen til elektrolyttkondensatoren C bare er 400 VDC, noe som indikerer at styringen av denne ladeprosessen ikke er som styringsmetoden for energibremsing (motstandsbremsing). Det øyeblikkelige spenningsfallet som genereres på reaktoren er, og den øyeblikkelige ladespenningen til elektrolyttkondensatoren C er νc = νd - νL. For å sikre at elektrolyttkondensatoren opererer innenfor et sikkert område (≤ 400 V), er det nødvendig å effektivt kontrollere spenningsfallet νL på reaktoren, som igjen avhenger av den øyeblikkelige endringshastigheten for induktans og strøm.
(b) Under tilbakekoblingsprosessen er det også nødvendig å forhindre at utladning av elektrisk energi fra elektrolyttkondensator C forårsaker for høy likestrømsspenning gjennom reaktoren, noe som resulterer i overspenningsbeskyttelse i systemet.
Hovedapplikasjonsscenarier
Det er nettopp på grunn av overlegenheten til denne nye bremsemetoden (kondensatortilbakekoblingsbremsing) for frekvensomformere at mange brukere nylig har foreslått å utstyre dette systemet basert på egenskapene til utstyret sitt. Med utvidelsen av bruksområdet for frekvensomformere vil denne applikasjonsteknologien ha store utviklingsmuligheter. Spesielt brukes den hovedsakelig i industrier som gruveheiser (for å frakte personer eller laste materialer), skråstilte gruvevogner (enkelt- eller dobbeltrør) og løftemaskineri. Uansett kan energitilbakekoblingsenheter brukes i situasjoner som krever det.