การอ้างอิงโซลูชันการตอบรับพลังงานอินเวอร์เตอร์

ซัพพลายเออร์ของอุปกรณ์สนับสนุนตัวแปลงความถี่ขอเตือนคุณว่าในระบบควบคุมความถี่แบบดั้งเดิมที่ประกอบด้วยตัวแปลงความถี่สากล มอเตอร์แบบอะซิงโครนัส และโหลดเชิงกล เมื่อโหลดพลังงานบิตที่ขับเคลื่อนโดยมอเตอร์ถูกปล่อยออก มอเตอร์อาจอยู่ในสถานะเบรกการผลิตพลังงานแบบฟื้นฟู หรือเมื่อมอเตอร์ชะลอความเร็วจากความเร็วสูงเป็นความเร็วต่ำ (รวมถึงการหยุด) ความถี่อาจลดลง แต่เนื่องจากความเฉื่อยเชิงกลของมอเตอร์ มอเตอร์อาจอยู่ในสถานะการผลิตพลังงานแบบฟื้นฟู และพลังงานกลที่เก็บไว้ในระบบส่งกำลังจะถูกแปลงเป็นไฟฟ้าโดยมอเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งจะถูกส่งกลับไปยังวงจร DC ของอินเวอร์เตอร์ผ่านไดโอดกระแสต่อเนื่อง 6 ตัวของอินเวอร์เตอร์

โดยทั่วไปแล้วตัวแปลงความถี่มีวิธีการประมวลผลพลังงานหมุนเวียนที่นิยมใช้กันมากที่สุด 2 วิธี ได้แก่

 (1) “ความต้านทานการเบรก” ขนานกับตัวเก็บประจุที่ตั้งไว้เทียมในวงจร DC เรียกว่าสถานะเบรกแบบไดนามิก

 (2) กลับสู่กริด เรียกว่า สถานะเบรกป้อนกลับ (หรือที่เรียกว่า สถานะเบรกแบบสร้างพลังงานกลับ) นอกจากนี้ยังมีวิธีการเบรกอีกแบบหนึ่ง คือ เบรก DC ซึ่งสามารถใช้ได้ในสถานการณ์ที่ต้องจอดรถอย่างแม่นยำหรือต้องหมุนเบรกมอเตอร์ไม่สม่ำเสมอก่อนสตาร์ทเนื่องจากปัจจัยภายนอก

ในหนังสือและสิ่งพิมพ์ต่างๆ ผู้เชี่ยวชาญหลายท่านได้กล่าวถึงการออกแบบและการประยุกต์ใช้ระบบเบรกอินเวอร์เตอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อไม่นานมานี้มีบทความมากมายเกี่ยวกับ "ระบบเบรกป้อนกลับพลังงาน" ปัจจุบัน ผู้เขียนได้นำเสนอวิธีการเบรกแบบใหม่ ซึ่งมีข้อดีคือการทำงานแบบสี่ควอดแรนท์ของ "ระบบเบรกป้อนกลับ" มีประสิทธิภาพการทำงานสูง และยังมีข้อดีคือ "ระบบเบรกประหยัดพลังงาน" ที่ไม่ก่อให้เกิดมลพิษ และมีความน่าเชื่อถือสูง

เบรกพลังงาน

การใช้ค่าความต้านทานการเบรกในวงจร DC เพื่อดูดซับพลังงานไฟฟ้าหมุนเวียนของมอเตอร์ เรียกว่า การเบรกแบบใช้พลังงาน

ข้อดีคือมีการก่อสร้างที่เรียบง่าย ไม่มีมลพิษต่อระบบไฟฟ้า (เมื่อเทียบกับระบบป้อนกลับ) มีต้นทุนต่ำ ข้อเสียคือมีประสิทธิภาพการทำงานต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อการเบรกบ่อยครั้งจะสิ้นเปลืองพลังงานมาก และความสามารถในการต้านทานการเบรกจะเพิ่มขึ้น

โดยทั่วไปแล้ว ในตัวแปลงความถี่ทั่วไป ตัวแปลงความถี่กำลังไฟฟ้าขนาดเล็ก (ต่ำกว่า 22 กิโลวัตต์) จะมีชุดเบรกในตัว เพียงแค่เพิ่มความต้านทานเบรกเท่านั้น ตัวแปลงความถี่กำลังไฟฟ้าสูง (สูงกว่า 22 กิโลวัตต์) จำเป็นต้องใช้ชุดเบรกภายนอก ความต้านทานเบรก

เบรกตอบรับ

การเบรกป้อนกลับพลังงานนั้น จำเป็นต้องอาศัยการควบคุมแรงดันไฟฟ้า ความถี่ และเฟส การควบคุมกระแสป้อนกลับ และเงื่อนไขอื่นๆ เป็นการใช้เทคโนโลยีการย้อนกลับแบบแอคทีฟ เพื่อย้อนกลับกระแสไฟฟ้าหมุนเวียนกลับเข้าสู่โครงข่ายไฟฟ้าที่มีความถี่และเฟสเดียวกัน กลับสู่โครงข่ายไฟฟ้า จึงสามารถเบรกได้

ข้อดีของการเบรกแบบป้อนกลับคือสามารถทำงานแบบสี่ควอแดรนต์ ดังแสดงในรูปที่ 3 การป้อนกลับพลังงานไฟฟ้าช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของระบบ ข้อเสียคือ:

 (1) เฉพาะภายใต้แรงดันไฟฟ้ากริดที่เสถียรและไม่เกิดการขัดข้องได้ง่าย (ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้ากริดไม่เกิน 10%) เท่านั้น จึงสามารถใช้วิธีการเบรกแบบป้อนกลับนี้ได้ เนื่องจากเมื่อเบรกผลิตไฟฟ้าทำงาน เวลาที่แรงดันไฟฟ้ากริดขัดข้องจะมากกว่า 2 มิลลิวินาที อาจเกิดความล้มเหลวจากการเปลี่ยนเฟสและทำให้อุปกรณ์เสียหายได้

 (2) ในการตอบรับนั้น มีมลภาวะฮาร์มอนิกเกิดขึ้นในกริด

 (3) การควบคุมที่ซับซ้อน ต้นทุนสูง

การเบรกแบบใหม่ (การเบรกแบบป้อนกลับแบบคาปาซิทีฟ)

หลักการวงจรหลัก

ส่วนการเรียงกระแสใช้สะพานเรียงกระแสร่วมที่ไม่สามารถควบคุมได้สำหรับเรียงกระแส วงจรกรองใช้ตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์ร่วม วงจรหน่วงเวลาใช้คอนแทคเตอร์หรือซิลิคอนที่ควบคุมได้ โมดูลจ่ายไฟแบบป้อนกลับ IGBT ตัวต้านทานป้อนกลับ L และตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์ขนาดใหญ่ C (ความจุประมาณศูนย์จุด ซึ่งสามารถกำหนดค่าได้ตามระบบปฏิบัติการที่ติดตั้งตัวแปลงความถี่) ส่วนอินเวอร์เตอร์ประกอบด้วยโมดูลจ่ายไฟ IGBT วงจรป้องกันประกอบด้วย IGBT ตัวต้านทานกำลังไฟฟ้า

 (1) สถานะการทำงานของการผลิตพลังงานมอเตอร์ไฟฟ้า

การตรวจสอบแบบเรียลไทม์ของ CPU ของแรงดันไฟฟ้าขาเข้า AC และแรงดันไฟฟ้าวงจร DC νd ตัดสินใจว่าจะส่งสัญญาณการชาร์จไปยัง VT1 หรือไม่ เมื่อ νd สูงกว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้า AC ที่สอดคล้องกับค่าแรงดันไฟฟ้า DC (เช่น 380VAC-530VDC) ถึงค่าที่กำหนด CPU จะปิด VT3 ผ่านการนำพัลส์ของ VT1 เพื่อดำเนินการชาร์จตัวเก็บประจุไฟฟ้า C ในเวลานี้ ตัวต้านทาน L จะถูกแบ่งออกเป็นตัวเก็บประจุไฟฟ้า C ทำให้มั่นใจได้ว่าตัวเก็บประจุไฟฟ้า C ทำงานภายในช่วงที่ปลอดภัย

 (2) สถานะการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้า

เมื่อ CPU ตรวจพบว่าระบบไม่มีประจุไฟฟ้าแล้ว มันจะส่งสัญญาณพัลส์ VT3 ทำให้เส้นบนตัวต้านทาน L กลายเป็นแรงดันลบซ้ายและขวาทันที (ดังที่แสดงในไอคอน) นอกจากนี้ แรงดันบนตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์ C ยังทำให้เกิดกระบวนการป้อนกลับพลังงานจากตัวเก็บประจุไปยังวงจร DC อีกด้วย CPU จะควบคุมความถี่การสวิตชิ่งของ VT3 และอัตราส่วนความว่างโดยการตรวจจับแรงดันไฟฟ้าและแรงดันวงจร DC บนตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์ C เพื่อควบคุมกระแสป้อนกลับเพื่อให้แน่ใจว่าแรงดันวงจร DC νd ไม่สูงเกินไป

ความยากลำบากของระบบ

 (1) การเลือกตัวต้านทาน

 (ก) เราคำนึงถึงลักษณะเฉพาะของเงื่อนไขการทำงาน โดยถือว่าระบบมีความล้มเหลวบางประการ ส่งผลให้โหลดของบิตที่บรรจุอยู่ในมอเตอร์มีการเร่งความเร็วอย่างอิสระ เมื่อมอเตอร์อยู่ในสถานะการผลิตพลังงาน

พลังงานหมุนเวียนจะถูกส่งกลับไปยังวงจร DC ผ่านไดโอดกระแสตรงจำนวน 6 ตัว ส่งผลให้ νd เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้ตัวแปลงความถี่อยู่ในสถานะประจุไฟฟ้า ซึ่งในขณะนั้นกระแสจะมีขนาดใหญ่ ดังนั้น เส้นผ่านศูนย์กลางของลวดตัวต้านทานที่เลือกควรมีขนาดใหญ่พอที่จะให้กระแสผ่านได้ในขณะนั้น

 (b) ในวงจรป้อนกลับ เพื่อทำให้ตัวเก็บประจุไฟฟ้าก่อนการชาร์จครั้งต่อไปปล่อยพลังงานไฟฟ้าให้ได้มากที่สุด การเลือกใช้แกนเหล็กธรรมดา (แผ่นเหล็กซิลิกอน) ไม่สามารถบรรลุวัตถุประสงค์ได้ วิธีที่ดีที่สุดคือเลือกแกนเหล็กที่ทำจากวัสดุออกไซด์ของเหล็ก จากนั้นพิจารณาจากมูลค่าปัจจุบันที่ใหญ่โตข้างต้น คุณจะเห็นได้ว่าแกนเหล็กนี้มีขนาดใหญ่แค่ไหน ฉันไม่ทราบว่ามีแกนเหล็กขนาดใหญ่เช่นนี้ในตลาดหรือไม่ แม้ว่าจะมีอยู่ก็ตาม ราคาจะไม่ต่ำมากอย่างแน่นอน

ดังนั้น ฉันจึงเสนอให้วงจรการชาร์จและวงจรป้อนกลับใช้ตัวต้านทานไฟฟ้า

 (2) ความยากลำบากในการควบคุม

 (ก) ในวงจร DC ของตัวแปลงความถี่ แรงดันไฟฟ้า νd โดยทั่วไปจะสูงกว่า 500VDC และแรงดันไฟฟ้าความต้านทานของตัวเก็บประจุไฟฟ้า C อยู่ที่ 400VDC เท่านั้น จะเห็นได้ว่าการควบคุมกระบวนการชาร์จนี้ไม่เหมือนกับวิธีการควบคุมการเบรกพลังงาน (การเบรกความต้านทาน) แรงดันไฟฟ้าชั่วคราวที่ตัวต้านทานจะลดลงเหลือ แรงดันไฟฟ้าชาร์จชั่วคราวของตัวเก็บประจุไฟฟ้า C คือ νc = νd-νL เพื่อให้มั่นใจว่าตัวเก็บประจุไฟฟ้าทำงานภายในช่วงความปลอดภัย (≤400V) จำเป็นต้องควบคุมแรงดันตกคร่อม νL บนตัวต้านทานอย่างมีประสิทธิภาพ และแรงดันตกคร่อม νL ขึ้นอยู่กับค่าเหนี่ยวนำและอัตราการเปลี่ยนแปลงกระแสทันที

 (b) ในกระบวนการป้อนกลับ พลังงานไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์ C จะต้องถูกป้องกันไม่ให้ก่อให้เกิดแรงดันไฟฟ้าวงจร DC มากเกินไปผ่านตัวต้านทาน เพื่อให้ระบบมีการป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน

แอปพลิเคชันหลักและตัวอย่างแอปพลิเคชัน

ด้วยข้อดีของระบบเบรกแบบใหม่ (ระบบเบรกป้อนกลับแบบคาปาซิทีฟ) ของตัวแปลงความถี่นี้ ทำให้ผู้ใช้จำนวนมากได้เสนอให้ติดตั้งระบบนี้ด้วยคุณสมบัติเฉพาะของอุปกรณ์ของตน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากปัญหาทางเทคนิค จึงยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดว่ามีวิธีเบรกแบบนี้ในต่างประเทศหรือไม่ ปัจจุบัน มีเพียงบริษัท Shandong Fengguan Electronics Co., Ltd. เท่านั้นที่เปลี่ยนมาใช้ระบบเบรกป้อนกลับแบบคาปาซิทีฟสำหรับลิฟต์เหมืองแร่แบบใหม่นี้ แทนตัวแปลงความถี่ที่ใช้ระบบเบรกป้อนกลับในอดีต (ปัจจุบันมี 2 เครื่องที่ใช้งานได้ปกติ) จนถึงปัจจุบัน ตัวแปลงความถี่แบบเบรกป้อนกลับแบบคาปาซิทีฟนี้ยังคงใช้งานได้ตามปกติในเหมืองถ่านหิน Shandong Ningyang Security และ Taiyuan Shanxi เป็นเวลานาน จึงช่วยเติมเต็มช่องว่างนี้ในประเทศ

ด้วยการขยายตัวของสาขาการประยุกต์ใช้ตัวแปลงความถี่ เทคโนโลยีการประยุกต์ใช้นี้จะมีแนวโน้มที่ดี โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้งานหลักในกรงแขวนเหมือง (แบบมีคนควบคุมหรือแบบโหลด) รถบรรทุกเหมืองแบบเอียง (แบบกระบอกสูบเดี่ยวหรือแบบสองกระบอก) เครื่องจักรยก และอุตสาหกรรมอื่นๆ กล่าวโดยสรุปคือ จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ป้อนกลับด้านพลังงาน