تامینکنندگان دستگاههای بازخورد انرژی برای مبدلهای فرکانس به شما یادآوری میکنند که در حال حاضر، ترمز ساده مصرف انرژی به طور گسترده در سیستمهای کنترل سرعت تبدیل فرکانس AC استفاده میشود که دارای معایبی مانند اتلاف انرژی الکتریکی، گرمایش شدید مقاومت و عملکرد ضعیف ترمز سریع است. هنگامی که موتورهای آسنکرون مرتباً ترمز میکنند، استفاده از ترمز بازخورد یک روش بسیار مؤثر در صرفهجویی در انرژی است و از آسیب به محیط زیست و تجهیزات در هنگام ترمز جلوگیری میکند. نتایج رضایتبخشی در صنایعی مانند لوکوموتیوهای الکتریکی و استخراج نفت حاصل شده است. با ظهور مداوم دستگاههای جدید الکترونیک قدرت، افزایش مقرون به صرفه بودن و آگاهی مردم از صرفهجویی در مصرف انرژی و کاهش مصرف، طیف وسیعی از چشماندازهای کاربردی وجود دارد.
اصل ترمز فیدبک
در سیستم تنظیم سرعت فرکانس متغیر، کاهش سرعت و توقف موتور با کاهش تدریجی فرکانس حاصل میشود. در لحظهای که فرکانس کاهش مییابد، سرعت سنکرون موتور نیز به تبع آن کاهش مییابد. با این حال، به دلیل اینرسی مکانیکی، سرعت روتور موتور بدون تغییر باقی میماند و تغییر سرعت آن دارای یک تأخیر زمانی مشخص است. در این زمان، سرعت واقعی بیشتر از سرعت داده شده خواهد بود و در نتیجه وضعیتی ایجاد میشود که نیروی محرکه الکتریکی برگشتی e موتور از ولتاژ ترمینال DC u مبدل فرکانس، یعنی e>u، بیشتر است. در این مرحله، موتور الکتریکی به یک ژنراتور تبدیل میشود که نه تنها نیازی به منبع تغذیه از شبکه ندارد، بلکه میتواند برق را به شبکه نیز ارسال کند. این امر نه تنها اثر ترمز خوبی دارد، بلکه انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند که میتواند برای بازیابی انرژی به شبکه ارسال شود و با یک تیر دو نشان بزند. البته برای دستیابی به آن، باید یک واحد دستگاه بازخورد انرژی برای کنترل خودکار وجود داشته باشد. علاوه بر این، مدار بازخورد انرژی باید شامل راکتورهای AC و DC، جاذبهای خازنی مقاومتی، سوئیچهای الکترونیکی و غیره نیز باشد.
همانطور که میدانیم، مدار یکسوساز پل مبدلهای فرکانس عمومی، سه فاز غیرقابل کنترل است، بنابراین نمیتواند انتقال انرژی دو طرفه بین مدار DC و منبع تغذیه را انجام دهد. موثرترین راه برای حل این مشکل استفاده از فناوری اینورتر فعال است و بخش یکسوساز، یکسوساز برگشتپذیر را که به عنوان مبدل سمت شبکه نیز شناخته میشود، به کار میگیرد. با کنترل اینورتر سمت شبکه، انرژی الکتریکی احیا شده به برق AC با فرکانس، فاز و فرکانس مشابه شبکه تبدیل میشود و برای ترمز به شبکه بازگردانده میشود. پیش از این، واحدهای اینورتر فعال عمدتاً از مدارهای تریستوری استفاده میکردند که فقط میتوانند عملیات بازخورد را به طور ایمن تحت ولتاژ شبکه پایدار که مستعد خطا نیست (نوسانات ولتاژ شبکه بیش از 10٪ نباشد) انجام دهند. این نوع مدار فقط میتواند عملیات بازخورد اینورتر را به طور ایمن تحت ولتاژ شبکه پایدار که مستعد خطا نیست (نوسانات ولتاژ شبکه بیش از 10٪ نباشد) انجام دهد. زیرا در طول عملیات ترمز تولید برق، اگر زمان ترمز ولتاژ شبکه بیشتر از 2 میلیثانیه باشد، ممکن است خطای کموتاسیون رخ دهد و قطعات آسیب ببینند. علاوه بر این، در طول کنترل عمیق، این روش دارای ضریب توان پایین، محتوای هارمونیک بالا و کموتاسیون همپوشانی است که باعث اعوجاج شکل موج ولتاژ شبکه برق میشود. کنترل همزمان پیچیدگی و هزینه بالا. با کاربرد عملی دستگاههای کاملاً کنترلشده، افراد مبدلهای برگشتپذیر کنترلشده با چاپر را با استفاده از کنترل PWM توسعه دادهاند. به این ترتیب، ساختار اینورتر سمت شبکه کاملاً مشابه اینورتر است، هر دو از کنترل PWM استفاده میکنند.
از تحلیل فوق، میتوان دریافت که برای دستیابی واقعی به ترمز فیدبک انرژی اینورتر، کلید، کنترل اینورتر سمت شبکه است. متن زیر بر الگوریتم کنترل اینورتر سمت شبکه با استفاده از دستگاههای کاملاً کنترلشده و روش کنترل PWM تمرکز دارد.
ویژگیهای ترمز فیدبکی
به طور دقیق، اینورتر سمت شبکه را نمیتوان به سادگی "یکسوساز" نامید زیرا میتواند هم به عنوان یکسوساز و هم به عنوان اینورتر عمل کند. به دلیل استفاده از دستگاههای خود خاموش، میتوان دامنه و فاز جریان AC را از طریق حالت PWM مناسب کنترل کرد، که باعث میشود جریان ورودی به موج سینوسی نزدیک شود و اطمینان حاصل شود که ضریب توان سیستم همیشه به ۱ نزدیک میشود. هنگامی که توان احیاکننده برگشتی از اینورتر توسط ترمز کاهش سرعت موتور، ولتاژ DC را افزایش میدهد، فاز جریان ورودی AC میتواند از فاز ولتاژ منبع تغذیه معکوس شود تا به عملکرد احیاکننده دست یابد و توان احیاکننده میتواند به شبکه برق AC تغذیه شود، در حالی که سیستم همچنان میتواند ولتاژ DC را در مقدار داده شده حفظ کند. در این حالت، اینورتر سمت شبکه در حالت اینورتر فعال کار میکند. این امر دستیابی به جریان توان دو طرفه را آسان میکند و سرعت پاسخ دینامیکی سریعی دارد. در عین حال، این ساختار توپولوژی سیستم را قادر میسازد تا تبادل توان راکتیو و اکتیو بین طرفهای AC و DC را به طور کامل کنترل کند، با راندمانی تا ۹۷٪ و مزایای اقتصادی قابل توجه. اتلاف گرما ۱٪ از انرژی مصرفی ترمز است و شبکه برق را آلوده نمیکند. ضریب توان حدود ۱ است که سازگار با محیط زیست است. بنابراین، ترمز فیدبک میتواند به طور گسترده برای عملیات صرفهجویی در انرژی در سناریوهای ترمز فیدبک انرژی انتقال AC PWM، به ویژه در شرایطی که ترمز مکرر مورد نیاز است، مورد استفاده قرار گیرد. قدرت موتور الکتریکی نیز بالا است و اثر صرفهجویی در انرژی قابل توجه است. بسته به شرایط عملیاتی، میانگین اثر صرفهجویی در انرژی حدود ۲۰٪ است.