Các nhà cung cấp thiết bị phản hồi năng lượng cho bộ biến tần xin lưu ý rằng hiện nay, phanh tiêu thụ năng lượng đơn giản được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tốc độ biến tần AC, với những nhược điểm như lãng phí điện năng, sinh nhiệt điện trở nghiêm trọng và hiệu suất phanh nhanh kém. Khi động cơ không đồng bộ thường xuyên phanh, sử dụng phanh phản hồi là một phương pháp tiết kiệm năng lượng rất hiệu quả và tránh gây hại cho môi trường và thiết bị trong quá trình phanh. Kết quả khả quan đã đạt được trong các ngành công nghiệp như đầu máy xe lửa điện và khai thác dầu. Với sự xuất hiện liên tục của các thiết bị điện tử công suất mới, hiệu quả chi phí ngày càng tăng và nhận thức của mọi người về tiết kiệm năng lượng và giảm tiêu thụ năng lượng, triển vọng ứng dụng đang mở ra rất nhiều.
Nguyên lý phanh phản hồi
Trong hệ thống điều chỉnh tốc độ tần số biến thiên, việc giảm tốc và dừng động cơ được thực hiện bằng cách giảm dần tần số. Khi tần số giảm, tốc độ đồng bộ của động cơ cũng giảm theo. Tuy nhiên, do quán tính cơ học, tốc độ rotor của động cơ không đổi, và sự thay đổi tốc độ có độ trễ nhất định. Lúc này, tốc độ thực tế sẽ lớn hơn tốc độ cho trước, dẫn đến tình trạng suất điện động ngược e của động cơ cao hơn điện áp đầu cực DC u của bộ biến tần, tức là e>u. Lúc này, động cơ điện trở thành máy phát điện, không những không cần nguồn điện lưới mà còn có thể phát điện lên lưới. Điều này không chỉ có tác dụng phanh tốt mà còn chuyển đổi động năng thành điện năng, có thể phát lên lưới để thu hồi năng lượng, một mũi tên trúng hai đích. Tất nhiên, để đạt được điều này, cần phải có một bộ phận phản hồi năng lượng để điều khiển tự động. Ngoài ra, mạch phản hồi năng lượng cũng nên bao gồm các cuộn kháng AC và DC, bộ hấp thụ điện dung, công tắc điện tử, v.v.
Như đã biết, mạch chỉnh lưu cầu của các bộ biến tần thông thường là mạch ba pha không điều khiển được, do đó không thể truyền năng lượng hai chiều giữa mạch DC và nguồn điện. Cách hiệu quả nhất để giải quyết vấn đề này là sử dụng công nghệ biến tần chủ động, và bộ phận chỉnh lưu sử dụng bộ chỉnh lưu thuận nghịch, còn được gọi là bộ biến đổi phía lưới. Bằng cách điều khiển biến tần phía lưới, năng lượng điện được tái tạo được đảo ngược thành nguồn điện xoay chiều có cùng tần số, pha và tần số với lưới điện, và được phản hồi trở lại lưới điện để đạt được quá trình hãm. Trước đây, các bộ biến tần chủ động chủ yếu sử dụng mạch thyristor, chỉ có thể thực hiện hoạt động phản hồi an toàn trong điều kiện điện áp lưới điện ổn định, không dễ xảy ra sự cố (biến động điện áp lưới không quá 10%). Loại mạch này chỉ có thể thực hiện hoạt động phản hồi của biến tần một cách an toàn trong điều kiện điện áp lưới điện ổn định, không dễ xảy ra sự cố (biến động điện áp lưới không quá 10%). Bởi vì trong quá trình hãm phát điện, nếu thời gian hãm điện áp lưới điện lớn hơn 2ms, có thể xảy ra lỗi chuyển mạch và các linh kiện có thể bị hư hỏng. Ngoài ra, trong quá trình điều khiển sâu, phương pháp này có hệ số công suất thấp, hàm lượng sóng hài cao và sự giao thoa chồng chéo, gây ra méo dạng sóng điện áp lưới điện. Đồng thời, việc điều khiển phức tạp và chi phí cao. Với việc ứng dụng thực tế các thiết bị điều khiển hoàn toàn, người ta đã phát triển các bộ biến đổi thuận nghịch điều khiển bằng dao động (Chopper) sử dụng điều khiển PWM. Theo cách này, cấu trúc của bộ biến tần phía lưới điện hoàn toàn giống với cấu trúc của bộ biến tần, cả hai đều sử dụng điều khiển PWM.
Từ những phân tích trên, có thể thấy rằng để thực sự đạt được hiệu quả phanh phản hồi năng lượng của biến tần, chìa khóa nằm ở việc điều khiển biến tần phía lưới. Bài viết sau đây tập trung vào thuật toán điều khiển biến tần phía lưới sử dụng các thiết bị được điều khiển hoàn toàn và phương pháp điều khiển PWM.
Đặc tính phanh phản hồi
Nói một cách chính xác, bộ biến tần phía lưới không thể được gọi đơn giản là "bộ chỉnh lưu" vì nó có thể hoạt động như một bộ chỉnh lưu và một bộ biến tần. Nhờ sử dụng các thiết bị tự ngắt, biên độ và pha của dòng điện AC có thể được điều khiển thông qua chế độ PWM thích hợp, khiến dòng điện đầu vào tiến gần đến dạng sóng sin và đảm bảo hệ số công suất của hệ thống luôn tiến gần đến 1. Khi công suất tái tạo được trả về từ bộ biến tần nhờ phanh giảm tốc động cơ làm tăng điện áp DC, pha của dòng điện AC đầu vào có thể được đảo ngược so với pha của điện áp nguồn để đạt được hoạt động tái tạo, và công suất tái tạo có thể được đưa trở lại lưới điện AC, trong khi hệ thống vẫn có thể duy trì điện áp DC ở giá trị đã cho. Trong trường hợp này, bộ biến tần phía lưới hoạt động ở trạng thái bộ biến tần chủ động. Điều này giúp dễ dàng đạt được dòng công suất hai chiều và có tốc độ phản ứng động nhanh. Đồng thời, cấu trúc liên kết này cho phép hệ thống kiểm soát hoàn toàn việc trao đổi công suất phản kháng và công suất chủ động giữa phía AC và DC, với hiệu suất lên đến 97% và mang lại lợi ích kinh tế đáng kể. Tổn thất nhiệt chỉ bằng 1% năng lượng tiêu thụ khi phanh, không gây ô nhiễm lưới điện. Hệ số công suất khoảng 1, thân thiện với môi trường. Do đó, phanh phản hồi có thể được sử dụng rộng rãi để tiết kiệm năng lượng trong các tình huống phanh phản hồi năng lượng của truyền tải điện xoay chiều PWM, đặc biệt là trong trường hợp cần phanh thường xuyên. Công suất của động cơ điện cũng cao, hiệu quả tiết kiệm năng lượng đáng kể. Tùy thuộc vào điều kiện vận hành, hiệu quả tiết kiệm năng lượng trung bình khoảng 20%.