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 de uso geral, 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 em ponto morto), a frequência pode diminuir repentinamente, mas, devido à inércia mecânica do motor, ele pode entrar em estado de geração de energia regenerativa. A energia mecânica armazenada no sistema de transmissão é convertida em energia elétrica pelo motor e enviada de volta ao circuito CC do inversor através dos seis diodos de roda livre do inversor. Nesse momento, o inversor está em estado retificado. Se nenhuma medida for tomada para consumir a energia no conversor de frequência, essa energia fará com que a tensão do capacitor de armazenamento de energia no circuito intermediário aumente. Se a frenagem for muito brusca ou a carga mecânica for um guindaste, essa energia pode danificar o conversor de frequência, portanto, devemos considerar como utilizar essa energia.
Em conversores de frequência em geral, existem duas maneiras comumente usadas para lidar com a energia regenerativa: (1) dissipando-a em um "resistor de frenagem" artificialmente conectado em paralelo com um capacitor no circuito CC, o que é chamado de estado de frenagem de potência; (2) se ela for realimentada para a rede elétrica, é chamado de estado de frenagem de realimentação (também conhecido como estado de frenagem regenerativa). Existe outro método de frenagem, a saber, a frenagem CC, que pode ser usada em situações onde é necessário um estacionamento preciso ou quando o motor de freio gira de forma irregular devido a fatores externos antes da partida.
Com o desenvolvimento da tecnologia de conversão de frequência, o projeto e a aplicação da frenagem por conversor de frequência, especialmente o novo método de frenagem de "frenagem por realimentação de energia", apresentam as vantagens da "frenagem por realimentação" e alta eficiência operacional, bem como as vantagens da "frenagem por consumo de energia", que não polui a rede elétrica e possui alta confiabilidade.
Consumo de energia na frenagem
O método de utilização do resistor de frenagem no circuito CC para absorver a energia elétrica regenerativa do motor é chamado de frenagem por consumo de energia, que tem como vantagens a simplicidade de construção, a ausência de poluição na rede elétrica (em comparação com o controle por realimentação) e o baixo custo. A desvantagem é a baixa eficiência operacional, especialmente durante frenagens frequentes, que consomem muita energia e aumentam a capacitância do resistor de frenagem.
De modo geral, em conversores de frequência de uso geral, os conversores de baixa potência (abaixo de 22 kW) são equipados com uma unidade de frenagem integrada, que requer apenas um resistor de frenagem externo. Conversores de frequência de alta potência (acima de 22 kW) requerem unidades de frenagem externas e resistores de frenagem.
Frenagem com feedback
Para alcançar a frenagem por realimentação de energia, são necessárias condições como controle de tensão na mesma frequência e fase, controle de corrente de realimentação, etc. Adota-se a tecnologia de inversor ativo para converter a energia elétrica regenerada em energia CA na mesma frequência e fase da rede elétrica e devolvê-la à rede, realizando assim a frenagem. A vantagem da frenagem por realimentação é que a realimentação de energia elétrica melhora a eficiência do sistema. Suas desvantagens são: (1) este método de frenagem por realimentação só pode ser usado sob tensão de rede estável e não propensa a falhas (flutuação da tensão da rede não superior a 10%). Isso porque, durante a operação de frenagem por geração de energia, se o tempo de falha de tensão da rede elétrica for superior a 2 ms, pode ocorrer falha de comutação e os componentes podem ser danificados. (2) Durante a realimentação, há poluição harmônica na rede elétrica. (3) O controle é complexo e o custo é elevado.
Novo método de frenagem (frenagem com feedback capacitivo)
A tecnologia de realimentação de energia utiliza IGBTs como ponte retificadora, e o módulo funcional IGBT permite o fluxo bidirecional de energia, enquanto chips DSP de alta velocidade geram pulsos de controle PWM. Por um lado, é possível inverter a energia elétrica armazenada no capacitor e devolvê-la à rede elétrica; por outro lado, o fator de potência de entrada também pode ser ajustado para eliminar a poluição harmônica na rede elétrica.
Durante o consumo de energia, o DSP da unidade de controle de retificação gera 6 pulsos PWM de alta frequência para controlar a condução e o corte dos 6 IGBTs no lado da retificação. A condução e o corte dos IGBTs atuam em conjunto com os reatores para gerar uma forma de onda de corrente senoidal que é consistente com a fase da tensão de entrada, eliminando assim os harmônicos gerados pela ponte retificadora e a poluição harmônica da rede elétrica.
Quando em estado de geração de energia, a energia é realimentada para o barramento CC através do diodo no lado do inversor e, à medida que se acumula, a tensão no barramento CC também aumenta. Quando ultrapassa um determinado valor, a parte de realimentação de energia no lado do retificador é acionada, revertendo a energia CC para energia CA. Após o ajuste de fase e amplitude, a energia é transmitida de volta para a rede elétrica CA para gerar economia de energia.