Frekans konvertörü destek ekipmanı tedarikçileri, genel frekans konvertörleri, asenkron motorlar ve mekanik yüklerden oluşan geleneksel frekans kontrol sistemlerinde, motor tarafından iletilen potansiyel yük düşürüldüğünde motorun rejeneratif frenleme durumuna geçebileceğini; veya motor yüksek hızdan düşük hıza (park etme dahil) düştüğünde frekansın aniden düşebileceğini, ancak motorun mekanik ataleti nedeniyle rejeneratif güç üretim durumuna geçebileceğini hatırlatır. Şanzıman sisteminde depolanan mekanik enerji, motor tarafından elektrik enerjisine dönüştürülür ve invertörün altı serbest diyotu aracılığıyla invertörün DC devresine geri gönderilir. Bu sırada invertör doğrultulmuş durumdadır. Bu noktada, frekans konvertöründe enerji tüketimi için herhangi bir önlem alınmazsa, bu enerji ara devredeki enerji depolama kapasitörünün voltajının yükselmesine neden olur. Frenleme çok hızlıysa veya mekanik yük bir kaldırma kuvvetiyse, enerjinin bu kısmı frekans konvertörüne zarar verebilir, bu nedenle enerjinin bu kısmını dikkate almalıyız.
Genel frekans konvertörlerinde, rejenerasyon enerjisini işlemek için en sık kullanılan iki yöntem vardır:
(1) DC devresindeki kapasitörle yapay olarak paralel olarak yerleştirilen "fren direnci"ne dağılmaya dinamik frenleme durumu denir;
(2) Güç şebekesine geri besleniyorsa, buna geri besleme frenleme durumu (rejeneratif frenleme durumu olarak da bilinir) denir. Doğru park etme gerektiren veya fren motorunun çalıştırmadan önce dış etkenler nedeniyle düzensiz döndüğü durumlarda kullanılabilen DC frenleme adı verilen başka bir frenleme yöntemi daha vardır.
Birçok uzman, değişken frekanslı tahrik frenlemesinin tasarımını ve uygulamasını kitap ve yayınlarda tartışmış, özellikle son zamanlarda "enerji geri beslemeli frenleme" üzerine birçok makale yayınlanmıştır. Yazar bugün, "geri beslemeli frenleme" ile dört bölgeli çalışma ve yüksek çalışma verimliliği avantajlarının yanı sıra, kirlilik içermeyen elektrik şebekesi ve yüksek güvenilirlik için "enerji tüketimli frenleme"nin faydalarını da içeren yeni bir frenleme yöntemi sunmaktadır.
Enerji tüketimi frenleme
DC devrede ayarlanan frenleme direnci kullanılarak motorun rejeneratif elektrik enerjisinin absorbe edilmesi yöntemine enerji tüketimli frenleme denir.
Avantajı basit yapısıdır; Elektrik şebekesine kirlilik yaratmaz (geri besleme kontrolüne kıyasla), düşük maliyetidir; Dezavantajı ise özellikle sık frenleme sırasında düşük çalışma verimliliğidir, bu da büyük miktarda enerji tüketir ve fren direncinin kapasitesini artırır.
Genel olarak, düşük güçlü frekans dönüştürücüler (22 kW'ın altında), yalnızca harici bir fren direnci gerektiren dahili bir fren ünitesiyle donatılmıştır. Yüksek güçlü frekans dönüştürücüler (22 kW'ın üzerinde), harici fren üniteleri ve fren dirençleri gerektirir.
Geri bildirim frenlemesi
Enerji geri beslemeli frenlemeyi sağlamak için, aynı frekans ve fazda gerilim kontrolü, geri beslemeli akım kontrolü vb. koşullar gereklidir. Rejenerasyonlu elektrik enerjisini, şebeke ile aynı frekans ve fazda AC güce dönüştürüp şebekeye geri döndürerek frenlemeyi sağlayan aktif invertör teknolojisi kullanılır.
Geri beslemeli frenlemenin avantajı, dört bölgede çalışabilmesi ve elektrik enerjisi geri beslemesinin sistemin verimliliğini artırmasıdır. Dezavantajları ise şunlardır:
(1) Bu geri beslemeli frenleme yöntemi, yalnızca arızaya eğilimli olmayan kararlı şebeke gerilimi altında (şebeke gerilimi dalgalanmaları %10'u aşmadığında) kullanılabilir. Çünkü güç üretim frenlemesinin çalışması sırasında, güç şebekesinin gerilim arıza süresi 2 ms'den fazlaysa, komütasyon arızası meydana gelebilir ve bileşenler hasar görebilir.
(2) Geri besleme sırasında güç şebekesinde harmonik kirlilik meydana gelir.
(3) Kontrol karmaşıktır ve maliyeti yüksektir.
Yeni frenleme yöntemi (kapasitör geri beslemeli frenleme)
Ana devre prensibi
Doğrultma kısmı, doğrultma için ortak bir kontrol edilemeyen doğrultucu köprüsü kullanır, filtreleme devresi evrensel bir elektrolitik kondansatör ve gecikme devresi ise bir kontaktör veya tristör kullanır. Şarj ve geri besleme devresi, bir güç modülü IGBT, bir şarj ve geri besleme reaktörü L ve büyük bir elektrolitik kondansatör C'den (kapasitesi yaklaşık birkaç onda bir metre olup, frekans dönüştürücünün çalışma sistemine göre belirlenebilir) oluşur. İnverter kısmı, güç modülü IGBT'den oluşur. Koruma devresi ise bir IGBT ve güç direncinden oluşur.
1) Elektrik motoru güç üretim işletme durumu
CPU, giriş AC voltajını ve DC devre voltajını (μd) gerçek zamanlı olarak izler ve VT1'e şarj sinyali gönderilip gönderilmeyeceğine karar verir. μd, giriş AC voltajının karşılık gelen DC voltaj değerinden (örneğin 380VAC -530VDC) yüksek olduğunda, CPU VT3'ü kapatır ve VT1'in darbe iletimi yoluyla elektrolitik kapasitör C'yi şarj eder. Bu sırada, reaktör L ve elektrolitik kapasitör C, elektrolitik kapasitör C'nin güvenli bir aralıkta çalışmasını sağlamak için ayrılır. Sistem hala güç üretimi durumundayken elektrolitik kapasitör C üzerindeki voltaj tehlikeli bir değere (örneğin 370V) yaklaştığında ve elektrik enerjisi sürekli olarak invertör aracılığıyla DC devresine geri gönderildiğinde, güvenlik devresi enerji tüketim frenlemesini (direnç frenlemesi) sağlamada, VT3'ün açılıp kapanmasını kontrol etmede ve böylece direnç R tarafından aşırı enerji tüketimini gerçekleştirmede rol oynar. Genellikle bu durum gerçekleşmez.
(2) Elektrik motorunun çalışma durumu
CPU, sistemin artık şarj olmadığını algıladığında, VT3'e darbeli iletim uygulayarak reaktör L üzerinde anlık sol pozitif ve sağ negatif voltaj oluşturur. Elektrolitik kapasitör C üzerindeki voltajla birleştirildiğinde, kapasitörden DC devresine enerji geri besleme işlemi gerçekleştirilebilir. CPU, elektrolitik kapasitör C üzerindeki voltajı ve DC devresindeki voltajı algılayarak VT3'ün anahtarlama frekansını ve görev döngüsünü kontrol eder, böylece geri besleme akımını kontrol eder ve DC devre voltajı νd'nin çok yüksek olmamasını sağlar.
Sistem zorlukları
(1) Reaktörlerin seçimi
(a) Çalışma koşullarının özelliklerini göz önünde bulundurarak sistemde belirli bir arıza meydana geldiğini ve motor tarafından taşınan potansiyel enerji yükünün serbestçe ivmelenerek düştüğünü varsayıyoruz. Bu sırada motor, güç üretim çalışma durumundadır.
Yenilenen enerji, altı serbest diyot aracılığıyla DC devresine geri gönderilir, bu da ∆d'de bir artışa neden olur ve invertörü hızla şarj durumuna geçirir. Bu sırada akım çok yüksek olacaktır. Bu nedenle, seçilen reaktör telinin çapı, akımı bu anda geçirebilecek kadar büyük olmalıdır.
(b) Geri besleme döngüsünde, elektrolitik kapasitörün bir sonraki şarjından önce mümkün olduğunca fazla elektrik enerjisi salmak için, normal bir demir çekirdek (silikon çelik sac) seçmek hedefe ulaşamaz. Ferrit malzemeden yapılmış bir demir çekirdek seçmek en iyisidir. Yukarıda ele alınan mevcut değere bakıldığında, bu demir çekirdeğin ne kadar büyük olduğu görülebilir. Piyasada bu kadar büyük bir ferrit demir çekirdek olup olmadığı bilinmemektedir. Olsa bile, fiyatı kesinlikle çok düşük olmayacaktır.
Bu nedenle yazar, her şarj ve geri besleme devresi için bir reaktör kullanılmasını önermektedir.
(2) Kontrolde zorluklar
(a) Frekans dönüştürücünün DC devresinde, νd gerilimi genellikle 500 VDC'den yüksektir, ancak elektrolitik kapasitör C'nin dayanım gerilimi yalnızca 400 VDC'dir; bu da bu şarj işleminin kontrolünün enerji frenlemesi (direnç frenlemesi) kontrol yöntemine benzemediğini gösterir. Reaktörde oluşan anlık gerilim düşümü νd'dir ve elektrolitik kapasitör C'nin anlık şarj gerilimi νd=νd - νL'dir. Elektrolitik kapasitörün güvenli bir aralıkta (≤ 400 V) çalışmasını sağlamak için, reaktördeki gerilim düşümü νL'yi etkin bir şekilde kontrol etmek gerekir; bu da endüktans ve akımın anlık değişim oranına bağlıdır.
(b)、 Geri besleme işlemi sırasında, elektrolitik kapasitör C'den elektrik enerjisinin deşarjının reaktör üzerinden aşırı DC devre voltajına neden olmasını ve sistemde aşırı gerilim korumasına yol açmasını önlemek de gereklidir.
Ana uygulama senaryoları
Frekans konvertörlerinin bu yeni frenleme yönteminin (kapasitör geri beslemeli frenleme) üstünlüğü nedeniyle, birçok kullanıcı son zamanlarda bu sistemi ekipmanlarının özelliklerine göre donatmayı önermiştir. Frekans konvertörlerinin uygulama alanının genişlemesiyle birlikte, bu uygulama teknolojisi büyük gelişme potansiyeline sahip olacaktır. Özellikle maden vinçleri (insan taşımak veya malzeme yüklemek için), eğimli maden vagonları (tek veya çift tüplü) ve kaldırma makineleri gibi endüstrilerde kullanılmaktadır. Her durumda, enerji geri beslemeli cihazlar, ihtiyaç duyulan durumlarda kullanılabilir.