Các nhà cung cấp thiết bị hỗ trợ biến tần xin nhắc bạn rằng trong hệ thống điều khiển tần số truyền thống bao gồm biến tần vạn năng, động cơ không đồng bộ và tải cơ học, khi tải năng lượng bit do động cơ dẫn động được xả, động cơ có thể ở trạng thái phanh phát điện tái tạo; Hoặc khi động cơ giảm tốc từ tốc độ cao xuống tốc độ thấp (bao gồm cả dừng lại), tần số có thể giảm, nhưng do quán tính cơ học của động cơ, động cơ có thể ở trạng thái phát điện tái tạo và năng lượng cơ học được lưu trữ trong hệ thống truyền động được động cơ điện chuyển đổi thành điện năng, được trả về mạch DC của biến tần thông qua sáu điốt dòng điện liên tục của biến tần.
Nhìn chung, có hai phương pháp được sử dụng phổ biến nhất để xử lý năng lượng tái tạo:
(1) “Điện trở hãm” song song với tụ điện được đặt nhân tạo trong mạch DC, gọi là trạng thái hãm động;
(2), đưa nó trở lại lưới, được gọi là trạng thái phanh phản hồi (còn gọi là trạng thái phanh tái tạo). Ngoài ra còn có một phương pháp phanh, đó là phanh DC, có thể được sử dụng trong các tình huống cần đỗ xe chính xác hoặc phanh động cơ quay không đều trước khi khởi động do các yếu tố bên ngoài.
Trong sách báo, nhiều chuyên gia đã bàn luận về thiết kế và ứng dụng phanh biến tần, đặc biệt gần đây có nhiều bài viết về "phanh phản hồi năng lượng". Hôm nay, tác giả đề xuất một phương pháp phanh mới, có ưu điểm là hoạt động bốn góc phần tư của "phanh phản hồi", hiệu suất vận hành cao, đồng thời có ưu điểm "phanh tiêu thụ năng lượng" cho lưới điện không gây ô nhiễm, độ tin cậy cao.
Phanh năng lượng
Sử dụng điện trở phanh được đặt trong mạch DC để hấp thụ năng lượng điện tái tạo của động cơ được gọi là phanh tiêu thụ năng lượng.
Ưu điểm của nó là cấu tạo đơn giản; Không gây ô nhiễm cho lưới điện (so với phản hồi), chi phí thấp; Nhược điểm là hiệu suất vận hành thấp, đặc biệt khi phanh thường xuyên sẽ tiêu tốn nhiều năng lượng và khả năng chịu lực cản phanh sẽ tăng lên.
Nhìn chung, trong bộ biến tần thông dụng, bộ biến tần công suất nhỏ (dưới 22kW) đã tích hợp sẵn bộ hãm, chỉ cần thêm điện trở hãm. Bộ biến tần công suất lớn (trên 22kW) cần thêm bộ hãm ngoài, điện trở hãm.
Phanh phản hồi
Để đạt được phản hồi năng lượng, phanh cần điều khiển điện áp, tần số và pha, điều khiển dòng điện phản hồi và các điều kiện khác. Công nghệ đảo chiều chủ động sử dụng công nghệ đảo chiều chủ động để đảo chiều điện năng tái tạo trở lại lưới điện với cùng tần số và pha, từ đó đạt được hiệu quả phanh.
Ưu điểm của phanh phản hồi là nó có thể chạy trên bốn góc phần tư, như thể hiện trong Hình 3, phản hồi năng lượng điện giúp cải thiện hiệu suất của hệ thống. Nhược điểm của nó là:
(1), chỉ khi điện áp lưới ổn định, không dễ bị hỏng (dao động điện áp lưới không lớn hơn 10%) mới có thể sử dụng phương pháp phanh phản hồi này. Bởi vì khi phanh máy phát điện đang hoạt động, thời gian mất điện áp lưới lớn hơn 2ms, có thể xảy ra lỗi lệch pha, làm hỏng thiết bị.
(2) Trong phản hồi, có ô nhiễm hài hòa với lưới điện.
(3) Điều khiển phức tạp, chi phí cao.
Loại phanh mới (phanh phản hồi điện dung)
Nguyên lý mạch chính
Bộ phận chỉnh lưu sử dụng cầu chỉnh lưu không điều khiển chung để chỉnh lưu, mạch lọc sử dụng tụ điện phân chung, mạch trễ sử dụng contactor hoặc silicon điều khiển. Bộ phận sạc, định tuyến phản hồi IGBT, bộ phận sạc, điện trở phản hồi L và tụ điện phân lớn C (điện dung khoảng 0, có thể xác định theo hệ điều hành nơi đặt biến tần). Bộ phận biến tần bao gồm mô-đun công suất IGBT. Mạch bảo vệ bao gồm IGBT, điện trở công suất.
(1) Tình trạng vận hành phát điện của động cơ điện
CPU theo dõi thời gian thực điện áp AC đầu vào và điện áp mạch DC νd, quyết định có gửi tín hiệu sạc đến VT1 hay không, khi νd cao hơn điện áp AC đầu vào tương ứng với giá trị điện áp DC (ví dụ 380VAC-530VDC) đến một giá trị nhất định, CPU sẽ tắt VT3, thông qua việc dẫn xung của VT1 để đạt được quá trình sạc tụ điện phân C. Lúc này, điện trở L được chia thành tụ điện phân C, do đó đảm bảo tụ điện phân C hoạt động trong phạm vi an toàn.
(2) Trạng thái hoạt động điện của động cơ điện
Khi CPU phát hiện hệ thống không còn được nạp điện, nó sẽ dẫn xung VT3, khiến đường dây trên điện trở L trở thành điện áp âm trái phải tức thời (như trong biểu tượng), cộng với điện áp trên tụ điện phân C, có thể đạt được quá trình phản hồi năng lượng từ tụ điện đến mạch DC. CPU điều khiển tần số đóng cắt của VT3 và tỷ số trống bằng cách phát hiện điện áp và điện áp mạch DC trên tụ điện phân C, từ đó điều khiển dòng điện phản hồi để đảm bảo điện áp mạch DC νd không xuất hiện quá cao.
Khó khăn của hệ thống
(1) Lựa chọn điện trở
(a) Chúng tôi tính đến các đặc thù của điều kiện làm việc, giả sử rằng hệ thống có một số loại lỗi, dẫn đến tăng tốc tự do của tải bit chứa trong động cơ, khi động cơ đang ở trạng thái hoạt động phát điện,
Năng lượng tái tạo được trả về mạch DC thông qua sáu diode dòng điện liên tục, khiến νd tăng lên, nhanh chóng đưa bộ biến tần vào trạng thái tích điện, lúc này dòng điện sẽ lớn. Vì vậy, đường kính dây điện trở được chọn phải đủ lớn để dòng điện có thể đi qua lúc này.
(b), trong vòng phản hồi, để làm cho tụ điện phân giải phóng càng nhiều năng lượng điện càng tốt trước khi sạc lần tiếp theo, việc lựa chọn lõi sắt thông thường (tấm thép silic) không thể đạt được mục đích, tốt nhất là chọn lõi sắt làm bằng vật liệu oxit sắt (II), và sau đó nhìn vào những cân nhắc ở trên về giá trị dòng điện lớn như vậy, bạn có thể thấy lõi sắt này lớn đến mức nào, tôi không biết trên thị trường có lõi sắt lớn như vậy không, ngay cả khi có, giá của nó chắc chắn sẽ không thấp.
Do đó, tôi đề xuất rằng mỗi mạch sạc và mạch phản hồi đều sử dụng một điện trở.
(2) Khó khăn trong việc kiểm soát
(a) Trong mạch DC của bộ biến tần, điện áp νd thường cao hơn 500VDC, và điện áp điện trở của tụ điện phân C chỉ là 400VDC. Có thể thấy rằng việc điều khiển quá trình sạc này không giống với phương pháp điều khiển phanh năng lượng (hãm điện trở). Điện áp tức thời của nó trên điện trở được giảm xuống, điện áp sạc tức thời của tụ điện phân C là νc = νd-νL. Để đảm bảo tụ điện phân hoạt động trong phạm vi an toàn (≤400V), cần phải điều khiển hiệu quả độ sụt áp νL trên điện trở, và độ sụt áp νL phụ thuộc vào độ tự cảm và tốc độ thay đổi tức thời của dòng điện.
(b) Trong quá trình phản hồi, năng lượng điện được giải phóng bởi tụ điện phân C cũng phải được ngăn chặn để không gây ra điện áp mạch DC quá mức thông qua điện trở, do đó hệ thống xuất hiện khả năng bảo vệ quá áp.
Các ứng dụng chính và ví dụ ứng dụng
Chính vì những ưu điểm của loại phanh mới này (phanh phản hồi điện dung) của bộ biến tần, gần đây, nhiều đơn vị đã đề xuất trang bị hệ thống này dựa trên đặc tính của thiết bị. Do khó khăn về kỹ thuật, hiện vẫn chưa rõ liệu phương pháp phanh này có được áp dụng ở nước ngoài hay không. Hiện tại, chỉ có Công ty TNHH Điện tử Phong Quan Sơn Đông là đã chuyển đổi từ loại biến tần sử dụng phanh phản hồi điện dung sang loại phanh phản hồi điện dung mới này cho thang máy khai thác mỏ (hiện vẫn còn 2 chiếc đang hoạt động bình thường). Cho đến nay, bộ biến tần phanh phản hồi điện dung này đã hoạt động bình thường trong một thời gian dài tại Mỏ Than An Ninh Ninh Dương Sơn Đông và Thái Nguyên Sơn Tây, góp phần lấp đầy khoảng trống này trong nước.
Với sự mở rộng của lĩnh vực ứng dụng biến tần, công nghệ ứng dụng này sẽ rất hứa hẹn, cụ thể, chủ yếu được sử dụng trong lồng treo mỏ (có người lái hoặc tải), xe tải khai thác giếng vát (xi lanh đơn hoặc đôi), máy móc nâng hạ và các ngành công nghiệp khác. Tóm lại, có thể sử dụng các thiết bị phản hồi năng lượng.