Frekans konvertörü destekleyici ekipman tedarikçileri, evrensel frekans konvertörleri, asenkron motorlar ve mekanik yüklerden oluşan geleneksel frekans kontrol sisteminde, motor tarafından tahrik edilen bit enerjisi yükü boşaldığında, motorun rejeneratif güç üretimi frenleme durumunda olabileceğini; veya motor yüksek hızdan düşük hıza yavaşladığında (durma dahil) frekansın düşebileceğini, ancak motorun mekanik ataleti nedeniyle motorun rejeneratif güç üretimi durumunda olabileceğini ve iletim sisteminde depolanan mekanik enerjinin elektrik motoru tarafından elektriğe dönüştürüldüğünü ve invertörün altı sürekli akım diyotu aracılığıyla invertörün DC devresine geri döndürüldüğünü hatırlatır.
Genel olarak frekans konvertörlerinde yenilenebilir enerjinin işlenmesinde en sık kullanılan iki yöntem vardır:
(1) DC devresine yapay olarak yerleştirilen kapasitöre paralel "fren direnci", dinamik frenleme durumu olarak adlandırılır;
(2), şebekeye geri döndüğünde, buna geri besleme frenleme durumu (rejeneratif frenleme durumu olarak da bilinir) denir. Ayrıca, harici etkenler nedeniyle çalıştırmadan önce motor freninin düzgün park etmesi veya düzensiz dönmesi gereken durumlarda kullanılabilen bir frenleme yöntemi, yani DC frenleme de mevcuttur.
Kitap ve yayınlarda, birçok uzman inverter frenlemenin tasarımı ve uygulaması hakkında konuşmuştur; özellikle son zamanlarda "enerji geri beslemeli frenleme" hakkında birçok makale yayınlanmıştır. Bugün yazar, "geri beslemeli frenleme"nin dört bölgeli çalışma avantajlarına, yüksek çalışma verimliliğine ve ayrıca şebeke kirliliği olmadan "enerji tüketim frenlemesi" ve yüksek güvenilirlik avantajlarına sahip yeni bir frenleme yöntemi sunmaktadır.
Enerji Freni
DC devrede ayarlanan frenleme direnci kullanılarak motorun yenilenebilir elektrik enerjisinin absorbe edilmesine enerji tüketimli frenleme denir.
Avantajları; basit yapıda olması; şebekeye kirlilik vermemesi (geri beslemeye göre), düşük maliyeti; dezavantajı; düşük işletme verimi, özellikle sık frenleme yapıldığında çok fazla enerji tüketecek olması ve fren direncinin kapasitesinin artmasıdır.
Genel frekans dönüştürücülerde, küçük güç frekans dönüştürücülerinde (22 kW'ın altında) dahili bir fren ünitesi bulunur, sadece fren direnci eklenmesi gerekir. Yüksek güç frekans dönüştürücülerinde (22 kW'ın üzerinde) ise harici bir fren ünitesi ve fren direnci gerekir.
Geribildirim Freni
Enerji geri beslemeli frenleme, voltaj, frekans ve faz kontrolü, geri besleme akımı kontrolü ve diğer koşulları gerektirir. Bu, yenilenebilir elektriği aynı frekans ve fazdaki AC güçle şebekeye geri döndürerek frenlemeyi sağlayan aktif geri besleme teknolojisinin kullanılmasıdır.
Geri beslemeli frenlemenin avantajı, Şekil 3'te gösterildiği gibi dört kadranda çalışabilmesidir; elektrik enerjisi geri beslemesi sistemin verimliliğini artırır. Dezavantajları ise şunlardır:
(1), yalnızca arızalanması kolay olmayan sabit şebeke voltajı altında (şebeke voltajı dalgalanması %10'dan fazla değilse), bu geri beslemeli frenleme yöntemi kullanılabilir. Güç üretim freni çalışırken, şebeke voltajı arıza süresi 2 ms'den fazla olduğunda, faz değişimi arızası meydana gelebilir ve cihaz hasar görebilir.
(2) Geri beslemede şebekeye harmonik kirlilik vardır.
(3) Karmaşık kontrol, yüksek maliyet.
Yeni tip frenleme (kapasitif geri beslemeli frenleme)
Ana devre prensibi
Doğrultma kısmı, doğrultma için ortak bir kontrol edilemeyen doğrultma köprüsü kullanır; filtre devresi ortak bir elektrolitik kondansatör, gecikme devresi ise bir kontaktör veya kontrol edilebilir bir silikon kullanır. Şarj, geri besleme yönlendirme güç modülü IGBT, şarj, geri besleme direnci L ve büyük elektrolitik kondansatör C (kapasite yaklaşık sıfırdır, frekans dönüştürücünün bulunduğu işletim sistemine göre belirlenebilir). İnvertör kısmı, güç modülü IGBT'den oluşur. Koruma devresi ise IGBT ve güç direncinden oluşur.
(1) Elektrik motoru güç üretimi çalışma durumu
CPU, giriş AC gerilimi ve DC devre gerilimi νd'yi gerçek zamanlı olarak izleyerek, VT1'e bir şarj sinyali gönderilip gönderilmeyeceğine karar verir, νd, DC gerilim değerine (örneğin 380VAC-530VDC) karşılık gelen giriş AC geriliminden belirli bir değere ulaştığında, CPU VT3'ü kapatır, VT1'in darbe iletimi yoluyla elektrolitik kapasitör C'nin şarj işlemi gerçekleştirilir. Bu sırada, direnç L, elektrolitik kapasitör C'ye bölünür ve böylece elektrolitik kapasitör C'nin güvenli aralıkta çalışması sağlanır.
(2) Elektrik motorunun elektriksel çalışma durumu
CPU, sistemin artık şarj olmadığını algıladığında, VT3 darbesini iletir; böylece direnç L üzerindeki hat, simgede gösterildiği gibi anlık sol ve sağ negatif voltaja dönüşür ve elektrolitik kapasitör C üzerindeki voltaj, kapasitörden DC devresine enerji geri beslemesi sürecini başlatabilir. CPU, elektrolitik kapasitör C üzerindeki voltajı ve DC devre voltajını algılayarak VT3'ün anahtarlama frekansını ve boşluk oranını kontrol eder ve böylece DC devre voltajı νd'nin çok yüksek görünmemesini sağlamak için geri besleme akımını kontrol eder.
Sistem zorlukları
(1) Direnç seçimi
(a) Motorun güç üretim çalışması durumundayken, sistemde bulunan bitin yükünün serbest ivmelenmesine yol açan bir tür arıza olduğunu varsayarak, çalışma koşullarının özelliklerini dikkate alıyoruz,
Yenilenebilir enerji, altı adet sürekli akım diyotu aracılığıyla DC devresine geri döndürülür ve bu da νd değerinin yükselmesine neden olur. Bu da frekans dönüştürücüyü hızla şarj durumuna getirir ve bu sırada akım büyük olur. Bu nedenle, seçilen direnç telinin çapı, bu anda akımı geçirebilecek kadar büyük olmalıdır.
(b), geri besleme döngüsünde, bir sonraki şarjdan önce elektrolitik kapasitörün mümkün olduğunca fazla elektrik enerjisi salmasını sağlamak için, sıradan demir çekirdek (silisyum çelik levha) seçimi amaca ulaşamıyor, demir oksit malzemeden yapılmış demir çekirdek seçmek en iyisidir ve ardından yukarıdaki değerlendirmeye bakıldığında akım değeri çok büyükse, bu demir çekirdeğin ne kadar büyük olduğunu görebilirsiniz, piyasada bu kadar büyük bir demir çekirdek olup olmadığını bilmiyorum, olsa bile fiyatı kesinlikle çok düşük olmayacaktır.
Bu nedenle, şarj ve geri besleme devrelerinin her birinin birer elektrik direnci kullanmasını öneriyorum.
(2) Kontrolde zorluklar
(a) Frekans dönüştürücünün DC devresinde, νd gerilimi genellikle 500 VDC'den yüksektir ve elektrolitik kapasitör C'nin direnç gerilimi yalnızca 400 VDC'dir. Bu şarj işleminin kontrolünün, enerji frenlemesi (direnç frenlemesi) kontrol yöntemine benzemediği görülebilir. Direnç üzerindeki geçici gerilimi, elektrolitik kapasitör C'nin geçici şarj gerilimi νc = νd-νL'ye düşürülür. Elektrolitik kapasitörün güvenlik aralığında (≤400 V) çalışmasını sağlamak için, direnç üzerindeki gerilim düşümü νL'yi etkili bir şekilde kontrol etmek gerekir. Gerilim düşümü νL, endüktans miktarına ve akımın anlık değişim hızına bağlıdır.
(b) Geri besleme sürecinde, elektrolitik kondansatör C tarafından açığa çıkan elektrik enerjisinin direnç üzerinden aşırı DC devre gerilimi oluşturması da önlenmeli, böylece sistemde aşırı gerilim koruması sağlanmalıdır.
Ana Uygulamalar ve Uygulama Örnekleri
Frekans konvertörünün bu yeni tip frenlemesinin (kapasitif geri beslemeli frenleme) avantajları nedeniyle, son zamanlarda birçok kullanıcı bu sistemi kendi ekipmanlarının özellikleriyle donatmayı önermiştir. Teknik zorluk nedeniyle, yurtdışında böyle bir frenleme yöntemi olup olmadığı bilinmemektedir. Şu anda, yalnızca Shandong Fengguan Electronics Co., Ltd., geçmişte geri beslemeli frenleme kullanan frekans konvertörlerinden bu yeni tip kapasitif geri beslemeli frenlemeli maden asansör serisine geçmiştir (normalde çalışan 2 tane daha bulunmaktadır). Şimdiye kadar, bu kapasitif geri beslemeli frenlemeli frekans konvertörü, Shandong Ningyang Güvenlik Kömür Madeni ve Shanxi Taiyuan'da uzun süredir normal şekilde çalışmakta ve bu açığı yurtiçinde kapatmaktadır.
Frekans dönüştürücü uygulama alanının genişlemesiyle birlikte, bu uygulama teknolojisi özellikle maden askılı kafeslerde (insanlı veya yüklemeli), konik kuyu maden kamyonlarında (tek veya çift silindirli), kaldırma makinelerinde ve diğer endüstrilerde oldukça umut verici olacaktır. Kısacası, enerji geri besleme cihazlarına olan ihtiyaç ortadan kalkacaktır.