Постачальники допоміжного обладнання для перетворювачів частоти нагадують, що в традиційних системах регулювання частоти, що складаються з загальних перетворювачів частоти, асинхронних двигунів та механічних навантажень, коли потенційне навантаження, що передається двигуном, знижується, двигун може перебувати в стані рекуперативного гальмування; або коли двигун сповільнюється з високої швидкості до низької (включаючи паркування), частота може раптово знизитися, але через механічну інерцію двигуна він може перебувати в стані рекуперативного вироблення енергії. Механічна енергія, що накопичується в системі передачі, перетворюється двигуном на електричну енергію та надсилається назад у коло постійного струму інвертора через шість діодів вільного ходу інвертора. У цей час інвертор знаходиться у випрямленому стані. У цей момент, якщо не вжити заходів для споживання енергії в перетворювачі частоти, ця енергія призведе до підвищення напруги конденсатора накопичення енергії в проміжному колі. Якщо гальмування занадто швидке або механічне навантаження є підйомником, ця частина енергії може пошкодити перетворювач частоти, тому слід враховувати цю частину енергії.
У загальних перетворювачах частоти існують два найпоширеніші методи обробки рекуперативної енергії:
(1) Розсіювання енергії в "гальмівному резисторі", штучно встановленому паралельно конденсатору в колі постійного струму, називається станом динамічного гальмування;
(2) Якщо він подається назад до електромережі, це називається станом гальмування зі зворотним зв'язком (також відомим як стан рекуперативного гальмування). Існує інший метод гальмування, а саме гальмування постійним струмом, який можна використовувати в ситуаціях, коли потрібне точне паркування або коли гальмівний двигун обертається нерівномірно через зовнішні фактори перед запуском.
Багато експертів обговорювали проектування та застосування гальмування з частотно-регульованими приводами в книгах та публікаціях, особливо останнім часом з'явилося багато статей на тему «гальмування зі зворотним зв'язком за енергією». Сьогодні автор представляє новий тип методу гальмування, який має переваги чотириквадрантного режиму роботи зі «гальмуванням зі зворотним зв'язком» та високою експлуатаційною ефективністю, а також переваги «гальмування зі споживанням енергії» для чистої енергомережі та високої надійності.
Споживання енергії при гальмуванні
Метод використання гальмівного резистора, встановленого в колі постійного струму, для поглинання рекуперативної електричної енергії двигуна називається гальмуванням зі споживанням енергії.
Його перевагою є проста конструкція; відсутність забруднення електромережі (порівняно з керуванням зі зворотним зв'язком), низька вартість; недоліком є низька експлуатаційна ефективність, особливо під час частого гальмування, яке споживає велику кількість енергії та збільшує ємність гальмівного резистора.
Зазвичай, у загальних перетворювачах частоти, перетворювачі частоти малої потужності (менше 22 кВт) оснащені вбудованим гальмівним блоком, для якого потрібен лише зовнішній гальмівний резистор. Перетворювачі частоти високої потужності (понад 22 кВт) потребують зовнішніх гальмівних блоків та гальмівних резисторів.
Гальмування зі зворотним зв'язком
Для досягнення гальмування зі зворотним зв'язком по енергії необхідні такі умови, як керування напругою на тій самій частоті та фазі, керування струмом зі зворотним зв'язком тощо. Він використовує технологію активного інвертора для перетворення рекуперованої електричної енергії в змінний струм тієї ж частоти та фази, що й електромережа, та повернення її в мережу, тим самим досягаючи гальмування.
Перевагою гальмування зі зворотним зв'язком є те, що воно може працювати в чотирьох квадрантах, а зворотний зв'язок по електричній енергії підвищує ефективність системи. Його недоліками є:
(1) Цей метод гальмування зі зворотним зв'язком може використовуватися лише за стабільної напруги мережі, яка не схильна до збоїв (коливання напруги мережі не перевищують 10%). Оскільки під час гальмування вироблення електроенергії, якщо час збою напруги в електромережі перевищує 2 мс, може виникнути збій комутації та пошкодження компонентів.
(2) Під час зворотного зв'язку відбувається гармонійне забруднення електромережі.
(3) Контроль складний, а вартість висока.
Новий метод гальмування (гальмування з конденсаторним зворотним зв'язком)
Принцип головного кола
The rectification part uses a common uncontrollable rectifier bridge for rectification, the filtering circuit uses a universal electrolytic capacitor, and the delay circuit uses either a contactor or a thyristor. The charging and feedback circuit consists of a power module IGBT, a charging and feedback reactor L, and a large electrolytic capacitor C (with a capacity of about a few tenths of a meter, which can be determined according to the operating system of the frequency converter). The inverter part is composed of power module IGBT. The protection circuit is composed of IGBT and power resistor.
1) Electric motor power generation operation status
The CPU monitors the input AC voltage and DC circuit voltage (μ d) in real-time, and determines whether to send a charging signal to VT1. Once μ d is higher than the corresponding DC voltage value (such as 380VAC -530VDC) of the input AC voltage, the CPU turns off VT3 and charges the electrolytic capacitor C through pulse conduction of VT1. At this time, the reactor L and the electrolytic capacitor C are divided to ensure that the electrolytic capacitor C operates within a safe range. When the voltage on electrolytic capacitor C approaches a dangerous value (such as 370V) while the system is still in a power generation state, and the electrical energy is continuously sent back to the DC circuit through the inverter, the safety circuit plays a role in achieving energy consumption braking (resistance braking), controlling the turn off and turn on of VT3, and thus realizing the consumption of excess energy by resistor R. Generally, this situation does not occur.
(2) Electric motor operation status
When the CPU detects that the system is no longer charging, it pulse conducts VT3, creating an instantaneous left positive and right negative voltage on reactor L. Combined with the voltage on electrolytic capacitor C, the energy feedback process from the capacitor to the DC circuit can be achieved. The CPU controls the switching frequency and duty cycle of VT3 by detecting the voltage on electrolytic capacitor C and the voltage in the DC circuit, thereby controlling the feedback current and ensuring that the DC circuit voltage ν d does not become too high.
System difficulties
(1) Selection of reactors
(a)、 We consider the particularity of the operating conditions and assume that a certain fault occurs in the system, causing the potential energy load carried by the motor to accelerate freely and fall. At this time, the motor is in a power generation operation state,
The regenerated energy is sent back to the DC circuit through six freewheeling diodes, causing an increase in ∆ d and quickly putting the inverter in a charging state. At this time, the current will be very high. So the selected reactor wire diameter should be large enough to pass the current at this time.
(b)、 У колі зворотного зв'язку, для того, щоб вивільнити якомога більше електричної енергії перед наступним зарядом електролітичного конденсатора, вибір звичайного залізного осердя (листа кремнієвої сталі) не досягне мети. Найкраще вибрати залізне осердя з феритового матеріалу. Дивлячись на значення струму, розглянуте вище, можна побачити, наскільки великим є це залізне осердя. Невідомо, чи є на ринку таке велике феритове залізне осердя. Навіть якщо воно є, його ціна точно не буде дуже низькою.
Отже автор пропонує використовувати по одному реактору для кожного ланцюга зарядки та зворотного зв'язку.
(2) Труднощі з контролем
(a)、 У колі постійного струму перетворювача частоти напруга ν d зазвичай вища за 500 В постійного струму, тоді як витримувана напруга електролітичного конденсатора C становить лише 400 В постійного струму, що вказує на те, що керування цим процесом заряджання не схоже на метод керування енергетичним гальмуванням (резистивне гальмування). Миттєве падіння напруги, що генерується на реакторі, становить , а миттєва напруга заряджання електролітичного конденсатора C становить ν c = ν d - ν L. Щоб забезпечити роботу електролітичного конденсатора в безпечному діапазоні (≤ 400 В), необхідно ефективно контролювати падіння напруги ν L на реакторі, яке, у свою чергу, залежить від миттєвої швидкості зміни індуктивності та струму.
(b)、 Під час процесу зворотного зв'язку також необхідно запобігти розряду електричної енергії з електролітичного конденсатора C, що може призвести до надмірної напруги постійного струму в колі через реактор, що призведе до захисту від перенапруги в системі.
Основні сценарії застосування
Саме завдяки перевазі цього нового методу гальмування (гальмування з конденсаторним зворотним зв'язком) перетворювачів частоти багато користувачів нещодавно запропонували оснастити цю систему на основі характеристик свого обладнання. З розширенням сфери застосування перетворювачів частоти ця технологія застосування матиме великі перспективи розвитку. Зокрема, вона в основному використовується в таких галузях, як шахтні підйомники (для перевезення людей або завантаження матеріалів), похилі шахтні вагонетки (одно- або двотрубні) та підйомні механізми. У будь-якому випадку, пристрої зворотного зв'язку за енергією можуть використовуватися в ситуаціях, які їх вимагають.