Leverantörer av energiåterkopplingsenheter för frekvensomvandlare påminner om att enkel energiförbrukningsbromsning för närvarande används i stor utsträckning i växelströmsfrekvensomvandlingssystem för hastighetskontroll, vilket har nackdelar som slöseri med elektrisk energi, kraftig motståndsuppvärmning och dålig snabb bromsprestanda. När asynkronmotorer bromsar ofta är återkopplingsbromsning en mycket effektiv energibesparande metod och undviker skador på miljö och utrustning under bromsning. Tillfredsställande resultat har uppnåtts inom industrier som ellok och oljeutvinning. Med den ständiga framväxten av nya kraftelektroniska enheter, ökande kostnadseffektivitet och människors medvetenhet om energibesparing och minskad förbrukning finns det ett brett spektrum av tillämpningsmöjligheter.
Energiåterkopplingsbromsanordningen är särskilt lämplig för situationer där motoreffekten är stor, såsom större än eller lika med 100 kW, utrustningens tröghetsmoment gd2 är stort, och den tillhör det upprepade kortsiktiga kontinuerliga arbetssystemet. Retardationsminskningen från hög hastighet till låg hastighet är stor, bromstiden är kort och kraftig bromsning krävs. För att förbättra energibesparande effekten och minska energiförlusten under bromsningsprocessen är det också nödvändigt att återvinna retardationsenergin och återföra den till elnätet för att uppnå energibesparande effekt.
Principen för återkopplingsbromsning
I det variabla frekvensregleringssystemet uppnås motorns retardation och stopp genom att gradvis minska frekvensen. I det ögonblick då frekvensen minskar minskar motorns synkrona hastighet i motsvarande grad. På grund av mekanisk tröghet förblir dock motorns rotorhastighet oförändrad, och dess hastighetsförändring har en viss tidsfördröjning. Vid denna tidpunkt kommer den faktiska hastigheten att vara större än den givna hastigheten, vilket resulterar i en situation där motorns motelektromotoriska kraft e är högre än frekvensomvandlarens likströmsspänning u, det vill säga e > u. Vid denna tidpunkt blir elmotorn en generator, som inte bara inte behöver strömförsörjning från elnätet, utan också kan skicka elektricitet till elnätet. Detta har inte bara en god bromseffekt, utan omvandlar också kinetisk energi till elektrisk energi, som kan skickas till elnätet för att återvinna energi, vilket slår två flugor i en smäll. Naturligtvis måste det finnas en energiåterkopplingsenhet för automatisk styrning för att uppnå detta. Dessutom bör energiåterkopplingskretsen även inkludera AC- och DC-reaktorer, resistanskapacitansabsorbenter, elektroniska brytare etc.
Som välkänt är likriktarbryggkretsen i allmänna frekvensomvandlare trefas okontrollerbar, så det är omöjligt att uppnå dubbelriktad energiöverföring mellan likströmskretsen och strömförsörjningen. Den effektiva lösningen på detta problem är att använda aktiv växelriktarteknik, och likriktardelen använder reversibel likriktare, även känd som nätomvandlare. Genom att styra nätomvandlaren inverteras den regenererade elektriska energin till växelström med samma frekvens, fas och frekvens som nätet, och matas tillbaka till nätet för att uppnå bromsning. Tidigare använde aktiva växelriktarenheter huvudsakligen tyristorkretsar, som endast säkert kunde utföra återkopplingsdrift under stabil nätspänning som inte är benägen för fel (nätspänningsfluktuationer som inte överstiger 10%). Denna typ av krets kan endast säkert utföra återkopplingsdrift av växelriktaren under stabil nätspänning som inte är benägen för fel (med nätspänningsfluktuationer som inte överstiger 10%). Eftersom nätspänningsbromstiden under bromsning under kraftgenerering kan kommutationsfel uppstå och komponenter kan skadas. Dessutom har denna metod låg effektfaktor, högt harmoniskt innehåll och överlappande kommutering under djupreglering, vilket orsakar distorsion av elnätets spänningsvågform. Samtidigt är regleringen komplex och kostsam. Med den praktiska tillämpningen av helt styrda enheter har man utvecklat chopperstyrda reversibla omvandlare med PWM-styrning. På så sätt är strukturen hos nätsidans växelriktare helt densamma som hos växelriktaren, båda med PWM-styrning.
Av ovanstående analys framgår att för att verkligen uppnå energiåterkopplingsbromsning av växelriktaren är nyckeln att styra växelriktaren på nätsidan. Följande text fokuserar på styralgoritmen för växelriktaren på nätsidan med hjälp av fullt styrda enheter och PWM-styrmetod.
kontrollalgoritm
Styralgoritmen för växelriktare på nätsidan använder vanligtvis en vektorstyralgoritm, där vdc, v * dc och △ vdc representerar det uppmätta värdet, det givna värdet respektive styrfelet för DC-busspänningen; id、i*d、 Δid representerar det uppmätta värdet, det givna värdet och styrfelet för d-axeln hos växelriktaren på nätsidan; iq、i*q、 Δiq representerar det uppmätta värdet, det givna värdet och styrfelet för strömmen på q-axeln hos växelriktaren på nätsidan; Δv * d, v * d och v * q representerar börvärdet för avvikelse i utgångsspänningen på d-axeln, börvärdet för utgångsspänningen på d-axeln och börvärdet för utgångsspänningen på q-axeln hos växelriktaren på nätsidan; EABC, V * ABC och IABC representerar de momentana givna värdena för nätpotentialen, växelriktarens utgångsspänning och trefasiga momentana värden för utgångsströmmen; t.ex. φ representerar amplituden respektive fasen för nätpotentialen.
Vektorkontrollalgoritmen beräknar skillnaden mellan den uppmätta DC-bussspänningen och det givna värdet och erhåller det givna värdet för d-axelströmmen genom en PI-regulator. Baserat på den uppmätta fasen hos nätspänningen koordinattransformeras sedan den uppmätta utströmmen från nätväxelriktaren synkront för att erhålla de uppmätta värdena för d-axelströmmen och q-axelströmmen. Efter pi-justering adderas d-axelvärdet till nätspänningens amplitud för att erhålla de givna värdena för d-axelspänningen och q-axelspänningen. Efter synkron koordinattransformation erhålls utsignalen.
Fördelen med denna algoritm är hög styrnoggrannhet och bra dynamisk respons; Nackdelen är att det finns många koordinattransformationer i styralgoritmen, och algoritmen är komplex och kräver hög beräkningskraft från styrprocessorn.
Den använder en strömspårande PWM-likriktarkomposition. Denna förenklade algoritm multiplicerar direkt d-axelns strömbörvärde med trefas sinusreferensvärdet som erhållits från den uppmätta nätspänningens fasuppslagstabell för att erhålla börvärdet för trefasutgångsströmmen, och utför sedan en enkel pi-justering för att erhålla börvärdet för trefasutgångsspänningen och mata ut det. På grund av utelämnandet av koordinattransformationsberäkningar i denna algoritm är beräkningseffektkraven för styrprocessorn relativt låga. Å andra sidan, på grund av egenskaperna hos själva PI-regulatorn, finns det ett visst stationärt fel i dess styrning av växelströmsflödet, så effektfaktorn för denna algoritm är lägre än för standardvektorstyralgoritmen. Under dynamiska processer är fluktuationen i DC-busspänningen relativt stor, och sannolikheten för att DC-busspänning och andra fel uppstår under snabba dynamiska processer är relativt hög.
Återkopplingsbromsegenskaper
Strängt taget kan nätväxelriktaren inte bara kallas för en "likriktare" eftersom den kan fungera både som likriktare och växelriktare. Tack vare användningen av självavstängande enheter kan växelströmmens storlek och fas styras genom lämpligt PWM-läge, vilket gör att ingångsströmmen närmar sig en sinusvåg och säkerställer att systemets effektfaktor alltid närmar sig 1. När den regenerativa effekt som returneras från växelriktaren genom motorretardationsbromsning ökar likspänningen, kan fasen på växelströmsingången reverseras från fasen på strömförsörjningsspänningen för att uppnå regenerativ drift, och den regenerativa effekt kan matas tillbaka till växelströmsnätet, medan systemet fortfarande kan bibehålla likspänningen vid det givna värdet. I detta fall arbetar nätväxelriktaren i ett aktivt växelriktartillstånd. Detta gör det enkelt att uppnå dubbelriktat effektflöde och har en snabb dynamisk svarshastighet. Samtidigt gör denna topologiska struktur det möjligt för systemet att helt kontrollera utbytet av reaktiv och aktiv effekt mellan växelströms- och likströmssidorna, med en verkningsgrad på upp till 97 % och betydande ekonomiska fördelar. Värmeförlusten är 1 % av energiförbrukningen vid bromsning och den förorenar inte elnätet. Effektfaktorn är cirka 1, vilket är miljövänligt. Därför kan återkopplingsbromsning användas i stor utsträckning för energibesparande drift i energiåterkopplingsbromsscenarier för PWM AC-transmission, särskilt i situationer där frekvent bromsning krävs. Elmotorns effekt är också hög och energibesparande effekten är betydande. Beroende på driftsförhållandena är den genomsnittliga energibesparande effekten cirka 20 %. Den enda nackdelen med att implementera återkopplingsstyrning är styrsystemets komplexa struktur.
Sammanfattningsvis kan man se att energiåterkopplingssystem har betydligt större fördelar jämfört med energiförbrukningsbromsning och likströmsbromsning. Genom att använda återkopplingsbromsning för att återföra regenererad el till elnätet kan man uppnå effekten att minska energiförbrukningen och spara elkostnader. Därför, i den nuvarande situationen med elbrist orsakad av snabb ekonomisk utveckling i olika delar av Kina, har främjande och tillämpning av återkopplingsbromsar en viktig energibesparande betydelse.