Furnizorii de unități de feedback energetic vă reamintesc că convertoarele de frecvență întâmpină adesea diverse probleme în timpul depanării și utilizării, printre care supratensiunea este cea mai frecventă. După apariția supratensiunii, pentru a preveni deteriorarea circuitului intern, funcția de protecție la supratensiune a convertorului de frecvență se va activa, provocând oprirea convertorului de frecvență și nefuncționarea corectă a echipamentului.
Prin urmare, trebuie luate măsuri pentru a elimina supratensiunea și a preveni apariția defecțiunilor. Datorită diferitelor scenarii de aplicare ale convertizoarelor de frecvență și motoarelor, cauzele supratensiunii sunt, de asemenea, diferite, așadar trebuie luate măsuri corespunzătoare în funcție de situația specifică.
Generarea de supratensiune în convertorul de frecvență și frânarea regenerativă
Așa-numita supratensiune a unui convertor de frecvență se referă la situația în care tensiunea convertorului de frecvență depășește tensiunea nominală din diverse motive, ceea ce se manifestă în principal în tensiunea continuă a magistralei de curent continuu a convertorului de frecvență.
În timpul funcționării normale, tensiunea continuă a convertorului de frecvență este valoarea medie după rectificarea trifazată în undă completă. Dacă este calculată pe baza unei tensiuni de rețea de 380V, tensiunea continuă medie Ud = 1,35U linie = 513V.
Când apare o supratensiune, condensatorul de stocare a energiei de pe magistrala de curent continuu se va încărca. Când tensiunea crește la aproximativ 700V (în funcție de model), protecția la supratensiune a convertorului de frecvență se va activa.
Există două motive principale pentru supratensiunea în convertoarele de frecvență: supratensiunea de putere și supratensiunea regenerativă.
Supratensiunea de alimentare se referă la situația în care tensiunea magistralei de curent continuu depășește valoarea nominală din cauza tensiunii excesive de alimentare. În zilele noastre, tensiunea de intrare a majorității convertoarelor de frecvență poate ajunge până la 460V, astfel încât supratensiunea cauzată de alimentarea cu energie este extrem de rară.
Principala problemă discutată în acest articol este regenerarea supratensiunii.
Principalele motive pentru generarea supratensiunii regenerative sunt următoarele: când sarcina GD2 (cuplul volantei) decelerează, timpul de decelerare setat de convertorul de frecvență este prea scurt;
Motorul este supus unor forțe externe (cum ar fi ventilatoare și mașini de întindere) sau unor sarcini potențiale (cum ar fi ascensoare și macarale) atunci când este coborât. Din aceste motive, viteza reală a motorului este mai mare decât viteza comandată de convertorul de frecvență, ceea ce înseamnă că viteza rotorului motorului depășește viteza sincronă. În acest moment, rata de alunecare a motorului este negativă, iar direcția înfășurării rotorului care taie câmpul magnetic rotativ este opusă stării motorului. Cuplul electromagnetic generat de acesta este cuplul de frânare care împiedică direcția de rotație. Așadar, motorul electric se află de fapt într-o stare de generare, iar energia cinetică a sarcinii este „regenerată” în energie electrică.
Energia regenerativă este încărcată în condensatorul de stocare a energiei continue a invertorului prin dioda de rotire liberă a invertorului, provocând creșterea tensiunii magistralei de curent continuu, fenomen numit supratensiune regenerativă. Cuplul generat în timpul procesului de regenerare a supratensiunii este opus cuplului inițial, care este cuplul de frânare. Prin urmare, procesul de regenerare a supratensiunii este, de asemenea, procesul de frânare regenerativă.
Cu alte cuvinte, eliminarea energiei regenerative crește cuplul de frânare. Dacă energia regenerativă nu este mare, invertorul și motorul în sine au o capacitate de frânare regenerativă de 20, iar această parte a energiei electrice va fi consumată de invertor și motor. Dacă această energie depășește capacitatea de consum a convertorului de frecvență și a motorului, condensatorul circuitului de curent continuu va fi supraîncărcat, iar funcția de protecție la supratensiune a convertorului de frecvență se va activa, provocând oprirea funcționării. Pentru a evita această situație, este necesar să se elimine această energie în timp util, crescând în același timp cuplul de frânare, acesta fiind scopul frânării regenerative.
Măsuri pentru prevenirea supratensiunii convertoarelor de frecvență
Datorită diferitelor cauze ale supratensiunii, măsurile luate sunt, de asemenea, diferite. Pentru fenomenul de supratensiune generat în timpul parcării, dacă nu există cerințe speciale privind timpul sau locația de parcare, se poate utiliza metoda de prelungire a timpului de decelerare al convertorului de frecvență sau parcarea liberă pentru a-l rezolva. Așa-numita parcare liberă se referă la deconectarea convertorului de frecvență a dispozitivului de comutare principal, permițând motorului să alunece liber și să se oprească.
Dacă există anumite cerințe privind timpul sau locația de parcare, se poate utiliza funcția de frânare cu curent continuu.
Funcția de frânare în curent continuu este de a încetini motorul la o anumită frecvență, apoi de a aplica curent continuu la înfășurarea statorului motorului pentru a forma un câmp magnetic static.
Înfășurarea rotorului motorului întrerupe acest câmp magnetic și generează un cuplu de frânare, care transformă energia cinetică a sarcinii în energie electrică și o consumă sub formă de căldură în circuitul rotorului motorului. Prin urmare, acest tip de frânare este cunoscut și sub denumirea de frânare consumatoare de energie. Procesul de frânare în curent continuu include de fapt două procese: frânarea regenerativă și frânarea cu consum de energie. Această metodă de frânare are o eficiență de doar 30-60% din cea a frânării regenerative, iar cuplul de frânare este relativ mic. Deoarece consumul de energie în motor poate provoca supraîncălzirea, timpul de frânare nu ar trebui să fie prea lung.
Mai mult, frecvența de pornire, timpul de frânare și tensiunea de frânare a frânării în curent continuu sunt toate setate manual și nu pot fi ajustate automat în funcție de nivelul tensiunii regenerative. Prin urmare, frânarea în curent continuu nu poate fi utilizată pentru supratensiunea generată în timpul funcționării normale și poate fi utilizată doar pentru frânarea în timpul parcării.
Pentru supratensiunea cauzată de GD2 (cuplul volant) excesiv al sarcinii în timpul decelerării (de la viteză mare la viteză mică fără oprire), se poate adopta metoda de extindere corespunzătoare a timpului de decelerare. De fapt, această metodă utilizează și principiul frânării regenerative. Extinderea timpului de decelerare controlează viteza de încărcare a invertorului doar prin tensiunea regenerativă a sarcinii, astfel încât să se utilizeze în mod rezonabil capacitatea de frânare regenerativă a invertorului în sine. În ceea ce privește sarcinile care determină motorul să intre într-o stare regenerativă din cauza forțelor externe (inclusiv eliberarea de energie potențială), deoarece acestea funcționează normal într-o stare de frânare, energia regenerativă este prea mare pentru a fi consumată de convertorul de frecvență în sine. Prin urmare, este imposibil să se utilizeze frânarea în curent continuu sau să se extindă timpul de decelerare.
Comparativ cu frânarea în curent continuu, frânarea regenerativă are un cuplu de frânare mai mare, iar magnitudinea cuplului de frânare poate fi controlată automat de unitatea de frânare a convertorului de frecvență în funcție de cuplul de frânare necesar sarcinii (adică nivelul energiei regenerative). Prin urmare, frânarea regenerativă este cea mai potrivită pentru furnizarea cuplului de frânare sarcinii în timpul funcționării normale.
Metoda de frânare regenerativă cu conversie de frecvență:
1. Tip consumator de energie:
Această metodă implică conectarea în paralel a unei rezistențe de frânare în circuitul de curent continuu al unui convertor de frecvență și controlul pornirii/opririi unui tranzistor de putere prin detectarea tensiunii magistralei de curent continuu. Când tensiunea magistralei de curent continuu crește la aproximativ 700V, tranzistorul de putere conduce, trecând energia regenerată în rezistență și consumând-o sub formă de energie termică, prevenind astfel creșterea tensiunii continue. Datorită incapacității de a utiliza energia regenerată, aparține tipului de consum de energie. Fiind un tip consumator de energie, diferența sa față de frânarea în curent continuu este că consumă energie pe rezistența de frânare din exteriorul motorului, astfel încât motorul nu se va supraîncălzi și poate funcționa mai frecvent.
2. Tip de absorbție a magistralei de curent continuu paralele:
Potrivit pentru sisteme de acționare cu mai multe motoare (cum ar fi mașinile de întins), în care fiecare motor necesită un convertor de frecvență, mai multe convertoare de frecvență partajează un convertor de rețea, iar toate invertoarele sunt conectate în paralel la o magistrală de curent continuu comună. În acest sistem, există adesea unul sau mai multe motoare care funcționează normal în starea de frânare. Motorul în starea de frânare este antrenat de alte motoare pentru a genera energie regenerativă, care este apoi absorbită de motorul în stare electrică printr-o magistrală de curent continuu paralelă. Dacă nu poate fi absorbită complet, va fi consumată printr-o rezistență de frânare partajată. Energia regenerată aici este parțial absorbită și utilizată, dar nu este reintrodusă în rețeaua electrică.
3. Tipul de feedback energetic:
Convertorul de tip invertor cu feedback energetic, de tip rețea, este reversibil. Când se generează energie regenerativă, convertorul reversibil o transmite înapoi către rețea, permițând utilizarea completă a acesteia. Însă această metodă necesită o stabilitate ridicată a alimentării cu energie electrică, iar odată cu o pană de curent bruscă, se va produce inversarea și răsturnarea.