تامینکنندگان دستگاههای بازخورد انرژی برای مبدلهای فرکانس به شما یادآوری میکنند که در سیستمهای کنترل فرکانس سنتی متشکل از مبدلهای فرکانس، موتورهای آسنکرون و بارهای مکانیکی، هنگامی که بار پتانسیل منتقل شده توسط موتور کاهش مییابد، موتور ممکن است در حالت ترمز احیاکننده باشد؛ یا هنگامی که موتور از سرعت بالا به سرعت پایین (از جمله پارک) کاهش سرعت مییابد، فرکانس ممکن است ناگهان کاهش یابد، اما به دلیل اینرسی مکانیکی موتور، ممکن است در حالت تولید توان احیاکننده باشد. دو روش برای مدیریت انرژی احیاکننده مبدل فرکانس وجود دارد: یکی روش تخلیه انرژی مقاومتی است؛ روش دیگر روش بازخورد معکوس است. روش بازخورد معکوس یک ساختار "PWM دوگانه" است که از عناصر سوئیچینگ کاملاً کنترلشده تشکیل شده است، اما هزینه بالای آن استفاده گسترده از آن را محدود میکند. در زیر مقدمهای بر یک روش بازخورد جدید برای بازیابی انرژی در مبدل فرکانس آورده شده است.
اصل کار بازخورد انرژی
بازخورد انرژی احیاکننده، بازگرداندن انرژی الکتریکی انباشته شده در دو سر خازن فیلترکننده تولید شده توسط موتور در حالت ترمز احیاکننده به شبکه برق است. به عنوان یک مدار بازخورد، دو شرط باید رعایت شود:
(1) هنگامی که مبدل فرکانس به طور عادی کار میکند، دستگاه بازخورد کار نمیکند. دستگاه بازخورد فقط زمانی کار میکند که ولتاژ باس DC بالاتر از مقدار مشخصی باشد. هنگامی که ولتاژ باس DC به حالت عادی برمیگردد، دستگاه بازخورد باید به موقع خاموش شود، در غیر این صورت بار مدار یکسوساز افزایش مییابد.
(2) جریان فیدبک اینورتر باید قابل کنترل باشد.
بخش اینورتر
تریستورهای V1-V6 یک مدار اینورتر پل سه فاز را تشکیل میدهند. تریستورها از مزایای هزینه کم، کنترل ساده، عملکرد قابل اعتماد و فناوری بالغ برخوردارند. اما تریستورها اجزای نیمه کنترل شده هستند و مدار اینورتر متشکل از تریستورها باید اطمینان حاصل کند که حداقل زاویه اینورتر بیشتر از 30 درجه باشد، در غیر این صورت به راحتی میتوان باعث خرابی اینورتر شد، اما این باعث میشود ولتاژ عادی باس DC بالاتر از ولتاژ اینورتر باشد. مدار اینورتر متشکل از تریستورها میتواند با انتشار یک پالس تریگر، اینورتر را راه اندازی کند، اما نمیتواند با لغو پالس تریگر، اینورتر را متوقف کند. اگر پالس تریگر در حین وارونگی لغو شود، منجر به عواقب جدی خرابی وارونگی خواهد شد. بنابراین، لازم است از روش قطع مدار DC برای متوقف کردن اینورتر استفاده شود.
عملکرد VT دوگانه است: یکی کنترل شروع یا توقف مدار اینورتر. وقتی VT روشن میشود، ولتاژ DC به پل اینورتر اعمال میشود تا اینورتر را شروع کند. وقتی VT خاموش میشود، مدار DC قطع میشود و اینورتر متوقف میشود (در این زمان، پالس تریگر اختیاری است). ولتاژ عادی باس DC تقریباً DC600V است (با در نظر گرفتن نوسان ± 10٪ در ولتاژ شبکه). توقف شروع اینورتر به بزرگی ولتاژ باس DC بستگی دارد و از کنترل هیسترزیس استفاده میکند. هنگامی که ولتاژ باس DC بالاتر از 1.2 × 600 ولت باشد، اینورتر شروع به کار میکند و هنگامی که کمتر از 1.1 × 600 ولت باشد، اینورتر خاموش میشود. عملکرد دیگر VT کنترل بزرگی جریان اینورتر است.
کنترل جریان اینورتر
هنگام معکوس کردن، ولتاژ باس DC و ولتاژ اینورتر با قطبیت یکسان به صورت موازی متصل میشوند و ولتاژ باس بالاتر از ولتاژ اینورتر است. از اندوکتانس L برای متعادل کردن اختلاف ولتاژ استفاده میشود. کنترل VT میتواند روش کنترل هیسترزیس جریان PWM را اتخاذ کند و در اینجا از روش هیسترزیس جریان استفاده میشود.
وقتی iL<I Α L-IL، VT هدایت میکند؛ ولتاژ جریان مستقیم به سلف L و پل اینورتر اعمال میشود و جریانی در مسیر ① تشکیل میدهد و جریان iL شروع به افزایش میکند؛ وقتی iL از I3 L+IL بالاتر میرود، VT خاموش میشود و سلف همچنان از طریق دیود D جریان مییابد. جریان iL شروع به کاهش میکند. وقتی iL به I3 L-IL کاهش مییابد، VT دوباره هدایت میکند و iL دوباره شروع به افزایش میکند. با تغییرات روشن/خاموش VT، جریان اینورتر iL در مقدار تعیین شده I3 حفظ میشود و صرف نظر از اینکه مقدار پیک ولتاژ اینورتر چگونه تغییر میکند، به دلیل استفاده از کنترل سوئیچ فرکانس بالا، میتوان اندوکتانس L را بسیار کوچک نگه داشت.
به طور خلاصه، هدایت VT باید همزمان دو شرط را برآورده کند: (1) ولتاژ DC Uc بالاتر از حد بالای ولتاژ تنظیم شده باشد؛ (2) هنگامی که جریان اینورتر iL کمتر از حد پایین جریان تنظیم شده باشد.
خاموش کردن VT باید یکی از دو شرط زیر را داشته باشد: (1) ولتاژ DC Uc کمتر از حد پایین ولتاژ تنظیم شده باشد؛ (2) هنگامی که جریان اینورتر iL از حد بالای تنظیم شده تجاوز کند.
به منظور جلوگیری از سوئیچینگ مکرر VT، از کنترل هیسترزیس برای ولتاژ Uc و جریان iL استفاده میشود و عرض حلقه، اختلاف بین حد بالا و پایین تنظیم شده است.
محاسبه اندوکتانس
برای سادهسازی محاسبه و نادیده گرفتن تغییرات لحظهای ولتاژ اینورتر Vd Β، که یک کمیت ثابت در نظر گرفته میشود، میتوان معادله زیر را بدست آورد: L diL dt=Uc Ud Β با حل معادله، t1=2ILL Uc Ud Β بدست میآید که در آن IL پهنای هیسترزیس جریان است؛
Uc - ولتاژ DC; Ud Β - مقدار متوسط ولتاژ اینورتر.
در بازه t2، VT خاموش میشود و ولتاژ همچنان از D عبور میکند.
معادله زیر وجود دارد: L diL dt=- Ud Β راه حل: t2=2ILL Ud Β دوره برش: T=t1+t2=2ILLUc Ud Β (Uc Ud Β) فرکانس برش: f=Ud Β (Uc Ud Β) اندوکتانس IILLUc: L=Ud Β (Uc Ud Β) 2ILUCf. معادله فوق نشان میدهد که وقتی f بسیار بزرگ باشد، L بسیار کوچک است. این با مدارهای اینورتر تریستور معمولی متفاوت است. فرمول فوق میتواند به عنوان مبنایی برای انتخاب اندوکتانس استفاده شود.
محاسبه جریان تخلیه خازن
فقط زمانی که VT در حال هدایت است، جریان تخلیه میتواند از خازن خارج شود. بنابراین، مقدار متوسط جریان تخلیه برابر است با: Ic=t1 TI 3 L. با جایگذاری فرمول بالا در فرمول چرخه برش، نتیجه برابر است با: Ic=Ud Β Uc I 3 L