Поставщики оборудования для поддержки преобразователей частоты напоминают, что в традиционной системе управления частотой, состоящей из универсальных преобразователей частоты, асинхронных двигателей и механических нагрузок, при разряде нагрузки битовой энергии, приводимой в движение двигателем, двигатель может находиться в состоянии торможения рекуперативной выработкой мощности; Или при замедлении двигателя с высокой скорости на низкую (включая остановку) частота может падать, но из-за механической инерции двигателя двигатель может находиться в состоянии рекуперативной выработки мощности, а накопленная механическая энергия в системе передачи преобразуется электродвигателем в электроэнергию, которая возвращается в цепь постоянного тока инвертора через шесть диодов постоянного тока инвертора.
В преобразователях частоты общего назначения наиболее распространены два метода обработки возобновляемой энергии:
(1) «Тормозное сопротивление» параллельно конденсатору, искусственно установленному в цепи постоянного тока, называемое состоянием динамического торможения;
(2) вернуться в сеть, это называется состоянием торможения с обратной связью (также известным как состояние рекуперативного торможения). Существует также метод торможения, а именно торможение постоянным током, который может использоваться в ситуациях, требующих точной остановки двигателя или неравномерного вращения тормоза двигателя перед запуском из-за внешних факторов.
В книгах и публикациях многие специалисты обсуждали конструкцию и применение инверторного торможения, особенно в последнее время появилось много статей о «торможении с обратной связью по энергии». Сегодня автор предлагает новый метод торможения, обладающий преимуществами четырёхквадрантного режима «торможения с обратной связью», высокой эффективностью, а также преимуществами «торможения с потреблением энергии» для обеспечения экологически чистой сети и высокой надёжности.
Энергетический тормоз
Использование тормозного сопротивления, установленного в цепи постоянного тока, для поглощения возобновляемой электроэнергии двигателя называется торможением с потреблением энергии.
Его преимуществами являются простота конструкции; отсутствие загрязнения сети (по сравнению с обратной связью), низкая стоимость; недостатком является низкая эффективность работы, особенно когда частое торможение потребляет много энергии и увеличивается мощность тормозного сопротивления.
Как правило, преобразователи частоты малой мощности (менее 22 кВт) имеют встроенный тормозной блок, поэтому требуется только добавить тормозное сопротивление. Преобразователи частоты высокой мощности (более 22 кВт) требуют внешнего тормозного блока и тормозного сопротивления.
Тормоз с обратной связью
Для достижения обратной энергетической связи при торможении требуется управление напряжением, частотой и фазой, управление током обратной связи и другие условия. Технология активного реверсирования позволяет возвращать возобновляемую электроэнергию в сеть с той же частотой и фазой переменного тока, обеспечивая торможение.
Преимущество торможения с обратной связью заключается в том, что оно может работать в четырёх квадрантах, как показано на рисунке 3. Обратная связь по электроэнергии повышает эффективность системы. Недостатки торможения:
(1) Данный метод торможения с обратной связью может использоваться только при стабильном напряжении сети, которое не подвержено сбоям (колебания напряжения сети не превышают 10%). Поскольку при работе торможения генератора время сбоя напряжения сети превышает 2 мс, может произойти сбой из-за изменения фазы и повреждение устройства.
(2) В обратной связи наблюдается гармоническое загрязнение сети.
(3) Сложное управление, высокая стоимость.
Новый тип торможения (торможение с емкостной обратной связью)
Принцип главной цепи
В выпрямительной части используется обычный неуправляемый выпрямительный мост, в цепи фильтра – обычный электролитический конденсатор, в цепи задержки – контактор или управляемый кремниевый конденсатор. Модуль заряда, обратной связи и питания IGBT, резистор L в цепи зарядки и большой электролитический конденсатор C (ёмкость около нуля, определяется в зависимости от операционной системы, в которой установлен преобразователь частоты). Инверторная часть состоит из силового модуля IGBT. Схема защиты состоит из IGBT и мощного резистора.
(1) Рабочее состояние выработки электроэнергии электродвигателем
Центральный процессор в режиме реального времени отслеживает входное переменное напряжение и напряжение цепи постоянного тока νd, решает, следует ли отправлять сигнал зарядки на VT1. Как только νd превысит входное переменное напряжение, соответствующее значению постоянного напряжения (например, 380 В переменного тока - 530 В постоянного тока) до определенного значения, центральный процессор отключает VT3 посредством импульсной проводимости VT1 для достижения процесса зарядки электролитического конденсатора C. В это время резистор L делится на электролитический конденсатор C, тем самым гарантируя, что электролитический конденсатор C работает в безопасном диапазоне.
(2) Состояние электрической работы электродвигателя
Когда ЦП обнаруживает, что система больше не заряжена, он подаёт импульс на VT3, так что линия на резисторе L мгновенно становится отрицательной (как показано на иконке), плюс напряжение на электролитическом конденсаторе C, что позволяет осуществить процесс обратной связи энергии от конденсатора к цепи постоянного тока. ЦП управляет частотой переключения VT3 и отношением вакантных площадей, определяя напряжение и напряжение в цепи постоянного тока на электролитическом конденсаторе C, тем самым контролируя ток обратной связи, чтобы напряжение в цепи постоянного тока νd не было слишком высоким.
Системные проблемы
(1) Выбор резистора
(а) Примем во внимание особенности условий работы, предположив, что в системе имеется некий сбой, приводящий к свободному ускорению нагрузки долота, содержащегося в двигателе, когда двигатель находится в состоянии работы по генерации мощности,
Возобновляемая энергия возвращается в цепь постоянного тока через шесть диодов постоянного тока, что приводит к увеличению νd и быстрому переходу преобразователя частоты в состояние заряда, при котором ток становится большим. Поэтому выбранный диаметр провода резистора должен быть достаточно большим для пропускания тока в этот момент.
(б) в контуре обратной связи, для того чтобы электролитический конденсатор перед следующей зарядкой выделил как можно больше электроэнергии, выбор обычного железного сердечника (пластина из кремнистой стали) не способен достичь цели, лучше всего выбрать железный сердечник, изготовленный из материала оксида железа, а затем посмотреть на приведенное выше рассмотрение того, насколько велико значение тока, вы можете увидеть, насколько велик этот железный сердечник, я не знаю, есть ли на рынке такой большой железный сердечник, даже если есть, его цена наверняка будет не очень низкой.
Поэтому я предлагаю, чтобы в цепях зарядки и обратной связи использовалось электрическое сопротивление.
(2) Трудности контроля
(a) В цепи постоянного тока преобразователя частоты напряжение νd обычно превышает 500 В постоянного тока, а напряжение сопротивления электролитического конденсатора C составляет всего 400 В постоянного тока. Видно, что управление этим процессом зарядки отличается от метода управления энергетическим торможением (резистивным торможением). Его переходное напряжение на резисторе уменьшается до, переходное напряжение зарядки электролитического конденсатора C составляет νc = νd - νL. Чтобы гарантировать работу электролитического конденсатора в безопасном диапазоне (≤400 В), необходимо эффективно контролировать падение напряжения νL на резисторе, а падение напряжения νL зависит от величины индуктивности и мгновенной скорости изменения тока.
(б) В процессе обратной связи электрическая энергия, выделяемая электролитическим конденсатором C, также должна быть защищена от возникновения чрезмерного напряжения в цепи постоянного тока через резистор, так что система выполняет функцию защиты от перенапряжения.
Основные области применения и примеры применения
Именно из-за преимуществ этого нового типа торможения (торможение с емкостной обратной связью) преобразователя частоты, в последнее время многие пользователи предлагают оснастить эту систему характеристиками своего оборудования. Из-за технических сложностей неизвестно, существует ли такой метод торможения за рубежом. В настоящее время только компания Shandong Fengguan Electronics Co., Ltd. перешла на этот новый тип серии емкостного торможения шахтных лифтов с преобразователем частоты, который ранее использовал торможение с обратной связью (есть еще 2 в нормальной эксплуатации). До сих пор этот преобразователь частоты с емкостным торможением с обратной связью долгое время нормально работал на угольной шахте безопасности Ниньян в Шаньси и в Тайюане, заполняя этот пробел внутри страны.
С расширением области применения преобразователей частоты эта технология станет весьма перспективной, в частности, она будет использоваться в подвесных клетьевых подъемниках шахт (обслуживаемых или погрузочных), карьерных самосвалах (одно- или двухцилиндровых), подъемном оборудовании и других отраслях. Одним словом, она может быть использована для удовлетворения потребностей в устройствах обратной связи по энергии.