În industria energetică și electrică, convertoarele de frecvență sunt utilizate în principal pentru conservarea energiei și îmbunătățirea proceselor de producție. Ca dispozitive de economisire a energiei și de reglare a vitezei pentru motoare, acestea sunt utilizate pe scară largă în metalurgie, energie, alimentare cu apă, petrol, chimie, cărbune și alte domenii. Esența unității de feedback energetic a convertorului de frecvență este inversiunea activă. Metoda de implementare a unității de feedback energetic a convertorului de frecvență general este de a alimenta rețeaua cu energia regenerată prin invertoare trifazate antiparalele la redresorul necontrolat din etajul frontal al convertorului de frecvență general. Circuitul principal al unității de feedback energetic este compus în principal dintr-o punte de invertor formată din tiristoare, IGBT-uri, module IPM și câteva circuite periferice.
Capătul de ieșire al punții invertorului este conectat la terminalele de intrare R, S și T ale convertorului de frecvență prin intermediul a trei reactoare de sufocare, iar capătul de intrare este conectat la terminalul pozitiv al părții de curent continuu a convertorului de frecvență universal printr-o diodă de izolare pentru a asigura fluxul unidirecțional de energie în direcția „rețelei active a punții invertorului de frecvență”. Funcția unei reactoare de sufocare este de a echilibra diferența de tensiune, de a limita curentul și de a filtra, jucând un rol cheie în feedback-ul energiei regenerative către rețeaua electrică.
Procesul de funcționare al sistemului este următorul: când motorul funcționează, dispozitivul invertor activ nu funcționează, iar tuburile de comutare ale invertorului sunt blocate și oprite; Când motorul se află într-o stare de generare regenerativă de energie, energia este returnată în rețea de către motor, iar dispozitivul invertor activ trebuie pornit pentru a funcționa.
Activarea dispozitivului invertor activ în timpul feedback-ului energetic este controlată de magnitudinea tensiunii de curent continuu Ud a convertorului de frecvență. Principiul este că, atunci când motorul se află într-o stare electrică, tensiunea de curent continuu a convertorului de frecvență rămâne practic constantă. Când motorul se află într-o stare de frânare generatoare, energia regenerativă a motorului de curent alternativ încarcă condensatorul de stocare a energiei din legătura de curent continuu din mijloc a convertorului de frecvență, determinând creșterea tensiunii magistralei de curent continuu. Atâta timp cât este detectată magnitudinea Ud, se poate determina starea motorului, iar dispozitivul invertor activ poate fi controlat pentru a obține feedback energetic.
Când energia este returnată către partea de curent continuu de către motor, determinând depășirea tensiunii magistralei de curent continuu a tensiunii de vârf a rețelei electrice, puntea redresoare a convertorului de frecvență universal se va opri din cauza tensiunii inverse; Când tensiunea magistralei de curent continuu continuă să crească și depășește tensiunea de funcționare a invertorului activ de pornire, invertorul începe să funcționeze, returnând energie către rețea din partea de curent continuu; Când tensiunea magistralei de curent continuu scade la tensiunea de funcționare a invertorului, invertorul activ se oprește.
Prin utilizarea unui invertor activ pentru a transmite energia regenerativă generată în timpul decelerării și frânării motorului către rețeaua electrică, un convertor de frecvență universal poate depăși eficiența scăzută și dificultatea de a îndeplini cerințele de frânare rapidă și rotație frecventă înainte/înapoi cauzate de utilizarea tradițională a rezistențelor de frânare, permițând convertorului de frecvență universal să funcționeze în patru cadrane.
1) Sistem de control al feedback-ului energetic
Un sistem complet de control al feedback-ului energetic ar trebui să îndeplinească condițiile de control ale fazei, tensiunii, curentului etc., ceea ce impune ca procesul de feedback să fie sincronizat cu faza rețelei, iar dispozitivul invertor activ să pornească numai atunci când tensiunea magistralei de curent continuu depășește o anumită valoare; Sistemul ar trebui să poată controla magnitudinea curentului de feedback, controlând astfel cuplul de frânare al motorului și realizând o frânare precisă.
2) Două tipuri de unități de feedback energetic cu convertoare de frecvență universale
Anterior, circuitul principal al unităților de feedback energetic era compus în mare parte din tiristoare și IGBT-uri. În ultimii ani, unele tipuri noi de unități de feedback energetic au folosit, de asemenea, module inteligente, cum ar fi IPM, pentru a simplifica structura sistemului unităților de feedback energetic.
(1) Unitate de feedback energetic tiristor:
Circuitul principal de feedback energetic este compus din dispozitive tiristoare, care reprezintă, de asemenea, o unitate de feedback energetic timpurie. Nu este utilizat doar în convertoarele de frecvență, ci și în frânarea unor sisteme de control al vitezei reversibile în curent continuu.
① Stare de funcționare directă a convertorului de frecvență universal: Când motorul este în stare electrică, redresorul convertorului de frecvență funcționează, în timp ce dispozitivul tiristor din unitatea de feedback energetic nu este declanșat și se află în stare de deconectare, iar redresorul funcționează în direcția directă. Partea controlabilă a invertorului este declanșată pentru a funcționa, partea de rectificare inversă necontrolabilă este în stare de deconectare, iar invertorul este în funcționare directă.
② Stare de funcționare inversă a convertorului de frecvență universal: Când motorul este în starea de generare, redresorul convertorului de frecvență este în starea de deconectare, iar dispozitivele tiristoare din unitatea de feedback energetic sunt declanșate pentru a funcționa. Partea invertorului controlabilă a invertorului este încă declanșată pentru a funcționa, partea de rectificare inversă necontrolabilă este în stare de funcționare, iar invertorul funcționează în sens invers.
(2) Unitate de feedback energetic IGBT:
Circuitul principal de feedback energetic este compus din dispozitive IGBT, care sunt cel mai frecvent utilizate în convertoarele de frecvență generale. Dioda de tip „freewheeling” integrată cu dispozitivele IGBT nu poate fi utilizată ca dispozitiv redresor din cauza limitării diodei de izolare conectate la partea de curent continuu. Costul acesteia ar trebui să fie mai mare decât cel al unității de feedback energetic cu tiristor.
① Starea de funcționare înainte a convertorului de frecvență universal: Când motorul este în stare electrică, redresorul convertorului de frecvență funcționează, în timp ce dispozitivul IGBT din unitatea de feedback energetic nu este declanșat și este în stare de deconectare, iar redresorul funcționează în direcția înainte. Dispozitivele IGBT din invertor sunt declanșate să funcționeze, iar partea de rectificare inversă necontrolată este în stare de deconectare, în timp ce invertorul este în funcționare înainte.
② Stare de funcționare inversă a convertorului de frecvență universal: Când motorul este în starea de generare, redresorul convertorului de frecvență este în starea de deconectare, iar dispozitivul IGBT din unitatea de feedback energetic este declanșat pentru a funcționa. Dispozitivele IGBT din invertor sunt încă declanșate pentru a funcționa, iar partea de rectificare inversă necontrolată este în funcțiune, determinând invertorul să funcționeze în sens invers.