Leverantörer av utrustning för frekvensomvandlare påminner om att i traditionella frekvensstyrningssystem som består av allmänna frekvensomvandlare, asynkronmotorer och mekaniska belastningar, kan motorn vara i ett regenerativt bromsläge när den potentiella belastningen som överförs av motorn sänks. Eller när motorn retarderar från hög hastighet till låg hastighet (inklusive parkering) kan frekvensen plötsligt minska, men på grund av motorns mekaniska tröghet kan den vara i ett regenerativt kraftgenereringsläge. Den mekaniska energin som lagras i transmissionssystemet omvandlas till elektrisk energi av motorn och skickas tillbaka till växelriktarens likströmskrets via växelriktarens sex frihjulsdioder. Vid denna tidpunkt är växelriktaren i ett likriktat tillstånd. Om inga åtgärder vidtas för att förbruka energi i frekvensomvandlaren kommer denna energi att orsaka att spänningen i energilagringskondensatorn i mellankretsen stiger. Om bromsningen är för snabb eller den mekaniska belastningen är en lyftanordning kan denna del av energin orsaka skador på frekvensomvandlaren, så vi bör ta hänsyn till denna del av energin.
Generellt sett finns det två vanligaste metoderna för att bearbeta regenererad energi i frekvensomvandlare:
(1) Förlust till "bromsmotståndet" som är artificiellt inställt parallellt med kondensatorn i likströmskretsen kallas dynamiskt bromstillstånd;
(2) Om den matas tillbaka till elnätet kallas det återkopplingsbromsning (även känt som regenerativ bromsning). Det finns en annan bromsmetod, nämligen likströmsbromsning, som kan användas i situationer där noggrann parkering krävs eller när bromsmotorn roterar oregelbundet på grund av externa faktorer innan den startar.
Många experter har diskuterat design och tillämpning av bromsning med variabel frekvens i böcker och publikationer, särskilt på senare tid har det publicerats många artiklar om "energiåterkopplingsbromsning". Idag presenterar författaren en ny typ av bromsmetod, som har fördelarna med fyrkvadrantdrift med "återkopplingsbromsning" och hög driftseffektivitet, samt fördelarna med "energiförbrukningsbromsning" för ett föroreningsfritt elnät och hög tillförlitlighet.
Energiförbrukning i bromsning
Metoden att använda bromsmotståndet i likströmskretsen för att absorbera motorns regenerativa elektriska energi kallas energiförbrukningsbromsning.
Dess fördel är enkel konstruktion; ingen förorening av elnätet (jämfört med återkopplingsstyrning), låg kostnad; Nackdelen är låg driftseffektivitet, särskilt vid frekvent inbromsning, vilket förbrukar en stor mängd energi och ökar bromsmotståndets kapacitet.
Generellt sett är frekvensomvandlare, lågeffektsfrekvensomvandlare (under 22 kW), utrustade med en inbyggd bromsenhet, som endast kräver ett externt bromsmotstånd. Högeffektsfrekvensomvandlare (över 22 kW) kräver externa bromsenheter och bromsmotstånd.
Återkopplingsbromsning
För att uppnå energiåterkopplingsbromsning krävs villkor som spänningsreglering vid samma frekvens och fas, återkopplingsströmsreglering etc. Den använder aktiv växelriktarteknik för att omvandla regenererad elektrisk energi till växelström med samma frekvens och fas som elnätet och återföra den till nätet, vilket uppnår bromsning.
Fördelen med återkopplingsbromsning är att den kan fungera i fyra kvadranter, och elektrisk energiåterkoppling förbättrar systemets effektivitet. Nackdelarna är:
(1) Denna återkopplingsbromsningsmetod kan endast användas under stabil nätspänning som inte är felbenägen (med nätspänningsfluktuationer som inte överstiger 10 %). Eftersom kommuteringsfel kan uppstå och komponenterna kan skadas om spänningsfeltiden i elnätet är längre än 2 ms under bromsning för kraftgenerering.
(2) Under återkopplingen uppstår harmonisk förorening i elnätet.
(3) Kontrollen är komplex och kostnaden är hög.
Ny bromsmetod (kondensatoråterkopplingsbromsning)
Huvudkretsprincip
Likriktardelen använder en gemensam okontrollerbar likriktarbrygga för likriktning, filterkretsen använder en universell elektrolytkondensator och fördröjningskretsen använder antingen en kontaktor eller en tyristor. Laddnings- och återkopplingskretsen består av en effektmodul IGBT, en laddnings- och återkopplingsreaktor L och en stor elektrolytkondensator C (med en kapacitet på ungefär några tiondels meter, vilket kan bestämmas enligt frekvensomvandlarens operativsystem). Växelriktardelen består av effektmodul IGBT. Skyddskretsen består av IGBT och effektmotstånd.
1) Status för elmotorns kraftgenerering
CPU:n övervakar ingångsspänningen AC och DC-kretsens spänning (μd) i realtid och avgör om en laddningssignal ska skickas till VT1. När μd är högre än motsvarande DC-spänningsvärde (t.ex. 380VAC - 530VDC) för ingångsspänningen, stänger CPU:n av VT3 och laddar elektrolytkondensatorn C genom pulsledning från VT1. Vid denna tidpunkt delas reaktorn L och elektrolytkondensatorn C för att säkerställa att elektrolytkondensatorn C arbetar inom ett säkert område. När spänningen på elektrolytkondensatorn C närmar sig ett farligt värde (t.ex. 370V) medan systemet fortfarande är i ett kraftgenereringsläge, och den elektriska energin kontinuerligt skickas tillbaka till DC-kretsen via växelriktaren, spelar säkerhetskretsen en roll i att uppnå energiförbrukningsbromsning (motståndsbromsning), styra avstängning och påslagning av VT3 och därmed realisera förbrukningen av överskottsenergi av motståndet R. Generellt sett uppstår inte denna situation.
(2) Elmotorns driftstatus
När processorn detekterar att systemet inte längre laddar, leder den VT3 med pulser, vilket skapar en momentan positiv vänster- och negativ högerspänning på reaktor L. Kombinerat med spänningen på elektrolytkondensatorn C kan energiåterkopplingsprocessen från kondensatorn till likströmskretsen uppnås. Processorn styr switchfrekvensen och arbetscykeln för VT3 genom att detektera spänningen på elektrolytkondensatorn C och spänningen i likströmskretsen, och styr därmed återkopplingsströmmen och säkerställer att likströmskretsens spänning νd inte blir för hög.
Systemproblem
(1) Val av reaktorer
(a) Vi beaktar driftsförhållandenas särdrag och antar att ett visst fel uppstår i systemet, vilket gör att den potentiella energibelastningen som motorn bär accelererar fritt och faller. Vid denna tidpunkt är motorn i ett kraftgenererande driftläge,
Den regenererade energin skickas tillbaka till likströmskretsen via sex frihjulsdioder, vilket orsakar en ökning av ∆d och snabbt försätter växelriktaren i laddningstillstånd. Vid denna tidpunkt kommer strömmen att vara mycket hög. Så den valda reaktortråddiametern bör vara tillräckligt stor för att leda strömmen vid denna tidpunkt.
(b) För att frigöra så mycket elektrisk energi som möjligt i återkopplingsslingan innan nästa laddning av elektrolytkondensatorn, kan man inte uppnå målet genom att välja en vanlig järnkärna (kiselstålplåt). Det är bäst att välja en järnkärna gjord av ferritmaterial. Med tanke på det aktuella värdet som beaktats ovan kan man se hur stor denna järnkärna är. Det är okänt om det finns en så stor ferritjärnkärna på marknaden. Även om det finns en, kommer priset definitivt inte att vara särskilt lågt.
Så föreslår författaren att man använder en reaktor för varje laddnings- och återkopplingskrets.
(2) Svårigheter att kontrollera
(a) I frekvensomvandlarens likströmskrets är spänningen νd generellt högre än 500 VDC, medan motståndsspänningen för elektrolytkondensatorn C endast är 400 VDC, vilket indikerar att styrningen av denna laddningsprocess inte liknar styrmetoden för energibromsning (motståndsbromsning). Det momentana spänningsfallet som genereras på reaktorn är, och den momentana laddningsspänningen för elektrolytkondensatorn C är νc = νd - νL. För att säkerställa att elektrolytkondensatorn arbetar inom ett säkert område (≤ 400 V) är det nödvändigt att effektivt styra spänningsfallet νL på reaktorn, vilket i sin tur beror på den momentana förändringshastigheten för induktans och ström.
(b) Under återkopplingsprocessen är det också nödvändigt att förhindra att urladdning av elektrisk energi från elektrolytkondensatorn C orsakar för hög likspänning genom reaktorn, vilket resulterar i överspänningsskydd i systemet.
Huvudsakliga applikationsscenarier
Det är just på grund av överlägsenheten hos denna nya bromsmetod (kondensatoråterkopplingsbromsning) för frekvensomvandlare som många användare nyligen har föreslagit att utrusta detta system baserat på deras utrustnings egenskaper. Med utvidgningen av frekvensomvandlarens tillämpningsområde kommer denna tillämpningsteknik att ha stora utvecklingsmöjligheter. Specifikt används den främst inom industrier som gruvhissar (för att transportera personer eller lasta material), lutande gruvvagnar (enkel- eller dubbelrör) och lyftmaskiner. I vilket fall som helst kan energiåterkopplingsenheter användas i situationer som kräver det.