Furnizorii de dispozitive cu feedback energetic pentru convertoare de frecvență vă reamintesc că, în prezent, frânarea simplă bazată pe consumul de energie este utilizată pe scară largă în sistemele de control al vitezei cu conversie de frecvență de curent alternativ, care prezintă dezavantaje precum risipa de energie electrică, încălzirea severă prin rezistență și performanța slabă a frânării rapide. Atunci când motoarele asincrone frânează frecvent, utilizarea frânării cu feedback este o metodă foarte eficientă de economisire a energiei și evită deteriorarea mediului și a echipamentelor în timpul frânării. Rezultate satisfăcătoare au fost obținute în industrii precum locomotivele electrice și extracția petrolului. Odată cu apariția continuă a noilor dispozitive electronice de putere, creșterea rentabilității și conștientizarea oamenilor cu privire la conservarea energiei și reducerea consumului, există o gamă largă de perspective de aplicare.
Dispozitivul de frânare cu feedback energetic este potrivit în special pentru situațiile în care puterea motorului este mare, cum ar fi mai mare sau egală cu 100 kW, momentul de inerție al echipamentului gd2 este mare și aparține sistemului de funcționare continuă pe termen scurt. Reducerea decelerației de la viteză mare la viteză mică este mare, timpul de frânare este scurt și este necesară o frânare puternică. Pentru a îmbunătăți efectul de economisire a energiei și a reduce pierderile de energie în timpul procesului de frânare, este necesar, de asemenea, să se recupereze energia de decelerare și să se transmită prin feedback către rețeaua electrică pentru a obține efectul de economisire a energiei.
Principiul frânării cu feedback
În sistemul de reglare a vitezei cu frecvență variabilă, decelerarea și oprirea motorului se realizează prin reducerea treptată a frecvenței. În momentul în care frecvența scade, viteza sincronă a motorului scade corespunzător. Cu toate acestea, din cauza inerției mecanice, viteza rotorului motorului rămâne neschimbată, iar schimbarea vitezei sale are un anumit decalaj. În acest moment, viteza reală va fi mai mare decât viteza dată, rezultând o situație în care forța electromotoare inversă e a motorului este mai mare decât tensiunea continuă u la terminalele convertorului de frecvență, adică e > u. În acest moment, motorul electric devine un generator, care nu numai că nu necesită alimentare de la rețea, dar poate și trimite electricitate către rețea. Acest lucru nu numai că are un efect de frânare bun, dar transformă și energia cinetică în energie electrică, care poate fi trimisă către rețea pentru a recupera energia, ucigând doi iepuri dintr-o lovitură. Desigur, trebuie să existe o unitate de dispozitiv de feedback energetic pentru controlul automat pentru a realiza acest lucru. În plus, circuitul de feedback energetic ar trebui să includă și reactoare de curent alternativ și continuu, absorbitoare de rezistență și capacitate, comutatoare electronice etc.
După cum se știe, circuitul redresor în punte al convertoarelor de frecvență generale este trifazat necontrolabil, deci este imposibil să se realizeze un transfer bidirecțional de energie între circuitul de curent continuu și sursa de alimentare. Soluția eficientă la această problemă este utilizarea tehnologiei invertorului activ, iar partea de redresor adoptă un redresor reversibil, cunoscut și sub numele de convertor de rețea. Prin controlul invertorului de rețea, energia electrică regenerată este inversată în curent alternativ cu aceeași frecvență, fază și intensitate ca și rețeaua și retransmisă înapoi în rețea pentru a realiza frânarea. Anterior, unitățile de invertoare active foloseau în principal circuite tiristoare, care puteau efectua în siguranță o operațiune de feedback doar sub o tensiune stabilă a rețelei, care nu este predispusă la defecțiuni (fluctuații ale tensiunii rețelei care nu depășesc 10%). Acest tip de circuit poate efectua în siguranță o operațiune de feedback a invertorului doar sub o tensiune stabilă a rețelei, care nu este predispusă la defecțiuni (cu fluctuații ale tensiunii rețelei care nu depășesc 10%). Deoarece în timpul operațiunii de frânare a generării de energie, dacă timpul de frânare a tensiunii rețelei este mai mare de 2 ms, pot apărea defecțiuni de comutație și componentele pot fi deteriorate. În plus, în timpul controlului profund, această metodă are un factor de putere scăzut, un conținut armonic ridicat și o comutație suprapusă, ceea ce va cauza distorsiuni ale formei de undă a tensiunii rețelei electrice. Controlează simultan complexitatea și costul ridicat. Odată cu aplicarea practică a dispozitivelor complet controlate, oamenii au dezvoltat convertoare reversibile controlate prin chopper folosind control PWM. În acest fel, structura invertorului din rețea este complet aceeași cu cea a invertorului, ambele folosind control PWM.
Din analiza de mai sus, se poate observa că, pentru a realiza cu adevărat frânarea cu feedback energetic a invertorului, cheia este controlul invertorului din rețea. Textul următor se concentrează pe algoritmul de control al invertorului din rețea utilizând dispozitive complet controlate și metoda de control PWM.
algoritm de control
Algoritmul de control pentru invertoarele din rețea adoptă de obicei un algoritm de control vectorial, unde vdc, v * dc și △ vdc reprezintă valoarea măsurată, valoarea dată și eroarea de control a tensiunii magistralei de curent continuu; id, i*d, Δ id reprezintă valoarea măsurată, valoarea dată și eroarea de control a axei d a invertorului din rețea; iq, i*q, Δ iq reprezintă valoarea măsurată, valoarea dată și eroarea de control a curentului pe axa q a convertorului din rețea; Δ v * d, v * d și v * q reprezintă respectiv valoarea de referință a deviației tensiunii de ieșire pe axa d, valoarea de referință a tensiunii de ieșire pe axa d și valoarea de referință a tensiunii de ieșire pe axa q a invertorului din rețea; EABC, V * ABC și IABC reprezintă respectiv valorile instantanee date ale potențialului rețelei, tensiunii de ieșire a convertorului din rețea și valorilor instantanee trifazate ale curentului de ieșire; e. φ reprezintă amplitudinea și respectiv faza potențialului rețelei.
Algoritmul de control vectorial calculează diferența dintre tensiunea de curent continuu măsurată pe magistrala de curent și valoarea dată și obține valoarea dată a curentului pe axa d prin intermediul unui regulator PI; Apoi, pe baza fazei măsurate a tensiunii rețelei, curentul de ieșire măsurat al invertorului din rețea este transformat sincron în coordonate pentru a obține valorile măsurate ale curentului pe axa d și ale curentului pe axa q. După ajustarea pi, valoarea pe axa d este adăugată la amplitudinea tensiunii rețelei pentru a obține valorile date ale tensiunii pe axa d și ale tensiunii pe axa q. După transformarea inversă sincronă în coordonate, se obține ieșirea.
Avantajul acestui algoritm este precizia ridicată a controlului și răspunsul dinamic bun; Dezavantajul este că există multe transformări de coordonate în algoritmul de control, iar algoritmul este complex, necesitând o putere de calcul mare din partea procesorului de control.
Acesta adoptă o compoziție de redresor PWM cu urmărire a curentului. Acest algoritm simplificat înmulțește direct valoarea de referință a curentului pe axa d cu valoarea de referință sinusoidală trifazată obținută din tabelul de căutare a fazelor tensiunii de rețea măsurate pentru a obține valoarea de referință a curentului de ieșire trifazat, apoi efectuează o ajustare simplă a valorii pi pentru a obține valoarea de referință a tensiunii de ieșire trifazate și a o emite. Datorită omiterii calculelor de transformare a coordonatelor în acest algoritm, cerințele de putere de calcul pentru procesorul de control sunt relativ scăzute. Pe de altă parte, datorită caracteristicilor regulatorului PI în sine, există o anumită eroare de stare staționară în controlul fluxului de curent alternativ, astfel încât factorul de putere al acestui algoritm este mai mic decât cel al algoritmului standard de control vectorial. În timpul proceselor dinamice, fluctuația tensiunii magistralei de curent continuu este relativ mare, iar probabilitatea apariției tensiunii magistralei de curent continuu și a altor defecțiuni în timpul proceselor dinamice rapide este relativ mare.
Caracteristici de frânare cu feedback
Strict vorbind, invertorul de rețea nu poate fi denumit pur și simplu „redresor”, deoarece poate funcționa atât ca redresor, cât și ca invertor. Datorită utilizării dispozitivelor de auto-oprire, magnitudinea și faza curentului alternativ pot fi controlate printr-un mod PWM adecvat, făcând ca curentul de intrare să se apropie de o undă sinusoidală și asigurându-se că factorul de putere al sistemului se apropie întotdeauna de 1. Când puterea regenerativă returnată de la invertor prin frânarea de decelerare a motorului crește tensiunea continuă, faza curentului alternativ de intrare poate fi inversată față de faza tensiunii de alimentare pentru a realiza funcționarea regenerativă, iar puterea regenerativă poate fi returnată rețelei de alimentare alternativă, în timp ce sistemul poate menține tensiunea continuă la valoarea dată. În acest caz, invertorul de rețea funcționează într-o stare activă a invertorului. Acest lucru facilitează realizarea unui flux de putere bidirecțional și are o viteză de răspuns dinamic rapidă. În același timp, această structură topologică permite sistemului să controleze complet schimbul de putere reactivă și activă între partea alternativă și cea continuă, cu o eficiență de până la 97% și beneficii economice semnificative. Pierderea de căldură reprezintă 1% din consumul de energie la frânare și nu poluează rețeaua electrică. Factorul de putere este de aproximativ 1, ceea ce este ecologic. Prin urmare, frânarea cu feedback poate fi utilizată pe scară largă pentru funcționarea cu economie de energie în scenariile de frânare cu feedback energetic ale transmisiei PWM AC, în special în situațiile în care este necesară frânarea frecventă. Puterea motorului electric este, de asemenea, ridicată, iar efectul de economisire a energiei este semnificativ. În funcție de condițiile de funcționare, efectul mediu de economisire a energiei este de aproximativ 20%. Singurul dezavantaj al implementării controlului cu feedback este structura complexă a sistemului de control.
În concluzie, se poate observa că dispozitivul cu sistem de feedback energetic are avantaje mult superioare față de frânarea bazată pe consumul de energie și frânarea cu curent continuu. Prin utilizarea frânării cu feedback pentru a returna electricitatea regenerată în rețea, se poate obține efectul de reducere a consumului de energie și economisire a costurilor cu energia electrică. Prin urmare, în situația actuală a penuriei de energie cauzată de dezvoltarea economică rapidă din diferite părți ale Chinei, promovarea și aplicarea frânelor cu feedback are o semnificație importantă pentru economisirea energiei.