Os fornecedores de dispositivos de realimentação de energia para conversores de frequência lembram que, em sistemas tradicionais de controle de frequência compostos por conversores de frequência, motores assíncronos e cargas mecânicas, quando a carga potencial transmitida pelo motor é reduzida, o motor pode entrar em estado de frenagem regenerativa; ou quando o motor desacelera de alta para baixa velocidade (incluindo o estacionamento), a frequência pode diminuir repentinamente, mas, devido à inércia mecânica do motor, ele pode entrar em estado de geração de energia regenerativa. Existem dois métodos para lidar com a energia regenerativa do conversor de frequência: um é o método de descarga de energia resistiva; o outro é o método de realimentação inversa. O método de realimentação inversa é uma estrutura de "PWM duplo" composta por elementos de comutação totalmente controlados, mas seu alto custo limita seu uso generalizado. A seguir, apresentamos uma introdução a um novo método de realimentação para regeneração de energia em um conversor de frequência.
Princípio de funcionamento do feedback de energia
O feedback da energia regenerativa consiste em devolver à rede elétrica a energia elétrica acumulada em ambas as extremidades do capacitor de filtragem, gerada pelo motor durante a frenagem regenerativa. Para que o circuito de feedback funcione corretamente, duas condições devem ser atendidas:
(1) Quando o conversor de frequência está funcionando normalmente, o dispositivo de feedback não funciona. O dispositivo de feedback só funciona quando a tensão do barramento CC é superior a um determinado valor. Quando a tensão do barramento CC retorna ao normal, o dispositivo de feedback deve ser desligado imediatamente, caso contrário, aumentará a carga no circuito retificador.
(2) A corrente de realimentação do inversor deve ser controlável.
Seção do inversor
Os tiristores V1-V6 formam um circuito inversor trifásico em ponte. Os tiristores apresentam vantagens como baixo custo, controle simples, operação confiável e tecnologia consolidada. No entanto, os tiristores são componentes semicontrolados e o circuito inversor composto por tiristores deve garantir que o ângulo mínimo de inversão seja superior a 30°, caso contrário, pode ocorrer falha no inversor. Isso, porém, faz com que a tensão nominal do barramento CC seja superior à tensão do inversor. O circuito inversor composto por tiristores pode iniciar o inversor emitindo um pulso de disparo, mas não pode pará-lo cancelando esse pulso. Se o pulso de disparo for cancelado durante a inversão, isso resultará em sérias consequências, como a falha da inversão. Portanto, é necessário utilizar o método de corte do circuito CC para parar o inversor.
A função do VT é dupla: controlar a partida e a parada do circuito inversor. Quando o VT é ligado, a tensão CC é aplicada à ponte inversora para iniciar o inversor; quando o VT é desligado, o circuito CC é interrompido e o inversor para (neste momento, o pulso de disparo é opcional). A tensão normal do barramento CC é de aproximadamente 600 V (considerando uma flutuação de ± 10% na tensão da rede). A partida e a parada do inversor dependem da magnitude da tensão do barramento CC e utilizam controle por histerese. Quando a tensão do barramento CC é superior a 1,2 × 600 V, o inversor é iniciado e, quando é inferior a 1,1 × 600 V, o inversor é desligado. Outra função do VT é controlar a magnitude da corrente do inversor.
Controle da corrente do inversor
Na inversão de polaridade, a tensão do barramento CC e a tensão do inversor são conectadas em paralelo com a mesma polaridade, sendo a tensão do barramento superior à tensão do inversor. Um indutor L é utilizado para equilibrar a diferença de tensão. O controle do VT pode ser feito por meio de modulação por largura de pulso (PWM) com histerese de corrente, método este que será utilizado neste trabalho.
Quando iL < I3L-IL, VT conduz; a tensão de corrente contínua é aplicada ao indutor L e à ponte inversora, formando uma corrente no caminho ①, e a corrente iL começa a subir; quando iL sobe acima de I3L+IL, VT é desligado e o indutor continua a conduzir através do diodo D. A corrente iL começa a diminuir. Quando iL cai para I3L-IL, VT conduz novamente e iL começa a subir novamente. Pelas mudanças de liga/desliga de VT, a corrente do inversor iL é mantida em um valor definido I3 e, independentemente de como o valor de pico da tensão do inversor mude, devido ao uso de controle de chaveamento de alta frequência, a indutância L pode ser mantida muito pequena.
Em resumo, a condução do VT deve atender a duas condições simultaneamente: (1) a tensão CC Uc é maior que o limite superior de tensão definido; (2) Quando a corrente do inversor iL é menor que o limite inferior de corrente definido.
O desligamento do VT deve atender a uma das duas condições seguintes: (1) a tensão CC Uc é menor que o limite inferior de tensão definido; (2) Quando a corrente do inversor iL excede o limite superior definido.
Para evitar comutação frequente de VT, o controle de histerese é usado para a tensão Uc e a corrente iL, e a largura do laço é a diferença entre os limites superior e inferior definidos.
Cálculo da indutância
Para simplificar o cálculo e ignorar a variação instantânea da tensão do inversor Vd Β, que é considerada uma quantidade constante, pode-se obter a seguinte equação: L diL dt=Uc Ud Β Resolvendo a equação, obtém-se t1=2ILL Uc Ud Β, onde IL - largura da histerese da corrente;
Uc - tensão CC; Ud Β - valor médio da tensão do inversor.
No intervalo t2, VT é desligado e a tensão continua a fluir através de D.
Existe a seguinte equação: L diL dt=- Ud Β Solução: t2=2ILL Ud Β Período de chaveamento: T=t1+t2=2ILLUc Ud Β (Uc Ud Β) Frequência de chaveamento: f=Ud Β (Uc Ud Β) IILLUc Indutância: L=Ud Β (Uc Ud Β) 2ILUCf. A equação acima indica que, quando f é muito alto, L é muito pequeno. Isso é diferente dos circuitos inversores de tiristores típicos. A fórmula acima pode ser usada como base para selecionar a indutância.
Cálculo da corrente de descarga do capacitor
Somente quando VT está conduzindo, pode haver uma corrente de descarga fluindo para fora do capacitor. Portanto, o valor médio da corrente de descarga é: Ic = t1 TI 3 L. Substituindo a fórmula acima na fórmula do ciclo de chaveamento, o resultado é: Ic = Ud Β Uc I 3 L