تامینکنندگان تجهیزات پشتیبانی مبدل فرکانس به شما یادآوری میکنند که در سیستم کنترل فرکانس سنتی متشکل از مبدلهای فرکانس یونیورسال، موتورهای آسنکرون و بارهای مکانیکی، هنگامی که بار انرژی بیت رانده شده توسط موتور تخلیه میشود، موتور ممکن است در حالت ترمز تولید توان احیاکننده باشد؛ یا هنگامی که موتور از سرعت بالا به سرعت پایین (از جمله توقف) کند میشود، ممکن است فرکانس افت کند، اما به دلیل اینرسی مکانیکی موتور، موتور ممکن است در حالت تولید توان احیاکننده باشد و انرژی مکانیکی ذخیره شده در سیستم انتقال توسط موتور الکتریکی به برق تبدیل میشود که از طریق شش دیود جریان مداوم اینورتر به مدار DC اینورتر بازگردانده میشود.
در مبدلهای فرکانس عمومی، دو روش رایج برای پردازش انرژی تجدیدپذیر وجود دارد:
(1) "مقاومت ترمز" موازی با خازنی که به صورت مصنوعی در مدار DC قرار داده شده است، حالت ترمز دینامیکی نامیده میشود.
(2)، آن را به شبکه برق برگردانید، به این حالت ترمز فیدبک میگویند (همچنین به عنوان حالت ترمز احیاکننده شناخته میشود). همچنین یک روش ترمز وجود دارد، یعنی ترمز DC، که میتواند در شرایطی که نیاز به پارک دقیق یا چرخش نامنظم ترمز موتور قبل از شروع به کار به دلیل عوامل خارجی است، استفاده شود.
در کتابها و نشریات، بسیاری از کارشناسان در مورد طراحی و کاربرد ترمز اینورتر صحبت کردهاند، به خصوص اخیراً مقالات زیادی در مورد "ترمز بازخورد انرژی" منتشر شده است. امروزه، نویسنده نوع جدیدی از روش ترمز را ارائه میدهد که مزایای عملکرد چهار ربعی "ترمز بازخورد"، راندمان عملیاتی بالا و همچنین مزایای "ترمز مصرف انرژی" برای شبکه بدون آلودگی و قابلیت اطمینان بالا را دارد.
ترمز انرژی
استفاده از مقاومت ترمز تنظیم شده در مدار DC برای جذب انرژی الکتریکی تجدیدپذیر موتور، ترمز مصرف انرژی نامیده میشود.
مزایای آن عبارتند از ساختار ساده؛ عدم ایجاد آلودگی برای شبکه (در مقایسه با فیدبک)؛ هزینه کم؛ عیب آن راندمان عملیاتی پایین است، به خصوص هنگامی که ترمزگیری مکرر انرژی زیادی مصرف میکند و ظرفیت مقاومت ترمز افزایش مییابد.
به طور کلی، در مبدل فرکانس عمومی، مبدل فرکانس توان کوچک (زیر 22 کیلووات) دارای یک واحد ترمز داخلی است و فقط نیاز به اضافه کردن مقاومت ترمز دارد. مبدل فرکانس توان بالا (بالای 22 کیلووات) به یک واحد ترمز خارجی و مقاومت ترمز نیاز دارد.
ترمز بازخورد
برای دستیابی به ترمز فیدبک انرژی، به کنترل ولتاژ و فرکانس و فاز، کنترل جریان فیدبک و سایر شرایط نیاز است. این کار با استفاده از فناوری معکوسسازی فعال انجام میشود تا برق تجدیدپذیر ورودی به شبکه را با همان فرکانس و فاز، برق AC به شبکه برگردانده و در نتیجه ترمزگیری محقق شود.
مزیت ترمز فیدبک این است که میتواند چهار ربع را اجرا کند، همانطور که در شکل ۳ نشان داده شده است، فیدبک انرژی الکتریکی راندمان سیستم را بهبود میبخشد. معایب آن عبارتند از:
(1)، فقط تحت ولتاژ شبکه پایدار که به راحتی دچار قطعی نمیشود (نوسان ولتاژ شبکه بیشتر از 10٪ نباشد)، میتوان از این روش ترمز فیدبک استفاده کرد. از آنجا که وقتی ترمز تولید برق در حال کار است، زمان قطعی ولتاژ شبکه بیشتر از 2 میلیثانیه است، ممکن است خرابی تغییر فاز رخ دهد و به دستگاه آسیب برساند.
(2) در بازخورد، آلودگی هارمونیکی برای شبکه وجود دارد.
(3) کنترل پیچیده، هزینه بالا.
نوع جدید ترمز (ترمز با بازخورد خازنی)
اصل مدار اصلی
بخش یکسوساز از یک پل یکسوساز غیرقابل کنترل مشترک برای یکسوسازی استفاده میکند، مدار فیلتر از یک خازن الکترولیتی مشترک استفاده میکند، مدار تأخیر از یک کنتاکتور یا یک سیلیکون قابل کنترل استفاده میکند. ماژول قدرت IGBT شارژ و فیدبک، مقاومت فیدبک L شارژ و خازن الکترولیتی بزرگ C (ظرفیت حدود صفر است که میتواند با توجه به سیستم عاملی که مبدل فرکانس در آن قرار دارد تعیین شود) را شارژ میکند. بخش اینورتر از ماژول قدرت IGBT تشکیل شده است. مدار حفاظت از IGBT، مقاومت توان، تشکیل شده است.
(1) وضعیت عملیاتی تولید برق موتور الکتریکی
CPU با نظارت لحظهای بر ولتاژ AC ورودی و ولتاژ مدار DC νd، تصمیم میگیرد که آیا سیگنال شارژ را به VT1 ارسال کند یا خیر. به محض اینکه νd از ولتاژ AC ورودی مربوط به مقدار ولتاژ DC (مثلاً 380VAC-530VDC) به مقدار مشخصی برسد، CPU VT3 را از طریق هدایت پالسی VT1 خاموش میکند تا فرآیند شارژ خازن الکترولیتی C انجام شود. در این زمان، مقاومت L به خازن الکترولیتی C تقسیم میشود و در نتیجه اطمینان حاصل میشود که خازن الکترولیتی C در محدوده ایمن کار میکند.
(2) وضعیت عملکرد الکتریکی موتور الکتریکی
وقتی CPU تشخیص میدهد که سیستم دیگر شارژ نمیشود، پالس VT3 را هدایت میکند، به طوری که خط روی مقاومت L به یک ولتاژ منفی لحظهای چپ و راست تبدیل میشود (همانطور که در آیکون نشان داده شده است)، به علاوه ولتاژ روی خازن الکترولیتی C میتواند فرآیند بازخورد انرژی از خازن به مدار DC را انجام دهد. CPU با تشخیص ولتاژ و ولتاژ مدار DC روی خازن الکترولیتی C، فرکانس سوئیچینگ VT3 و نسبت جای خالی را کنترل میکند، بنابراین جریان بازخورد را کنترل میکند تا اطمینان حاصل شود که ولتاژ مدار DC νd خیلی زیاد به نظر نمیرسد.
مشکلات سیستم
(1) انتخاب مقاومت
(الف) ما ویژگیهای شرایط کاری را در نظر میگیریم، با فرض اینکه سیستم دچار نوعی خرابی شده است که منجر به شتاب آزاد بار بیت موجود در موتور میشود، زمانی که موتور در حالت تولید برق است،
انرژی تجدیدپذیر از طریق شش دیود جریان پیوسته به مدار DC بازگردانده میشود و باعث افزایش νd میشود و به سرعت مبدل فرکانس را در حالت شارژ قرار میدهد که در آن زمان جریان زیاد خواهد بود. بنابراین قطر سیم مقاومت انتخاب شده باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا جریان را در این زمان عبور دهد.
(ب) در حلقه بازخورد، برای اینکه خازن الکترولیتی قبل از شارژ بعدی تا حد امکان انرژی الکتریکی آزاد کند، انتخاب هسته آهنی معمولی (صفحه فولادی سیلیکونی) قادر به دستیابی به هدف نیست، بهتر است هسته آهنی ساخته شده از مواد اکسید آهن را انتخاب کنید و سپس با توجه به ملاحظات بالا، مقدار جریان آنقدر زیاد است که میتوانید ببینید این هسته آهنی چقدر بزرگ است. من نمیدانم که آیا چنین هسته آهنی بزرگی در بازار وجود دارد یا خیر، حتی اگر وجود داشته باشد، قیمت آن مطمئناً خیلی پایین نخواهد بود.
بنابراین، پیشنهاد میکنم مدارهای شارژ و فیدبک هر کدام از یک مقاومت الکتریکی استفاده کنند.
(2) مشکلات در کنترل
(الف) در مدار DC مبدل فرکانس، ولتاژ νd عموماً بالاتر از 500 ولت DC است و ولتاژ مقاومت خازن الکترولیتی C فقط 400 ولت DC است. مشاهده میشود که کنترل این فرآیند شارژ مانند روش کنترل ترمز انرژی (ترمز مقاومتی) نیست. ولتاژ گذرای آن روی مقاومت به νc = νd-νL کاهش مییابد، ولتاژ شارژ گذرای خازن الکترولیتی C برابر با νc = νd-νL است، برای اطمینان از اینکه خازن الکترولیتی در محدوده ایمنی (≤400 ولت) کار میکند، لازم است افت ولتاژ νL روی مقاومت به طور موثر کنترل شود و افت ولتاژ νL به مقدار اندوکتانس و نرخ تغییر لحظهای جریان بستگی دارد.
(ب) در فرآیند بازخورد، باید از ایجاد ولتاژ مدار DC بیش از حد توسط انرژی الکتریکی آزاد شده توسط خازن الکترولیتی C از طریق مقاومت نیز جلوگیری شود، به طوری که سیستم در برابر ولتاژ بیش از حد محافظت شود.
کاربردهای اصلی و مثالهای کاربردی
به دلیل مزایای این نوع جدید ترمز (ترمز بازخورد خازنی) مبدل فرکانس، اخیراً بسیاری از کاربران پیشنهاد دادهاند که این سیستم را با ویژگیهای تجهیزات خود مجهز کنند. به دلیل مشکلات فنی، مشخص نیست که آیا چنین روش ترمزی در خارج از کشور وجود دارد یا خیر. در حال حاضر، تنها شرکت الکترونیک شاندونگ فنگوان (Shandong Fengguan Electronics Co., Ltd.) به جای مبدل فرکانسی که در گذشته از ترمز بازخورد استفاده میکرد (هنوز 2 عدد از آنها در حالت عادی کار میکنند)، به این نوع جدید از سری آسانسورهای معدنی ترمز بازخورد خازنی روی آورده است. تاکنون، این مبدل فرکانس ترمز بازخورد خازنی مدت زیادی است که به طور عادی در معدن زغال سنگ امنیتی شاندونگ نینگ یانگ و شانشی تای یوان کار میکند و این شکاف را در داخل کشور پر میکند.
با گسترش حوزه کاربردهای مبدل فرکانس، این فناوری کاربردی بسیار امیدوارکننده خواهد بود، به طور خاص، عمدتاً در قفسهای معلق معدن (با سرنشین یا بارگیری)، کامیونهای معدنکاری چاه مورب (تک یا دو سیلندر)، ماشینهای بالابر و سایر صنایع استفاده میشود. به طور خلاصه، میتوان از دستگاههای بازخورد انرژی در صورت نیاز استفاده کرد.