Рекуперация электроэнергии в сеть в задчах электропривода

  • Пользователь Сергей Петраков опубликовал
  • 20 сентября 2012 г., 10:23:49 MSK
  • 0 комментариев
  • 747 просмотров
В статье излагаются основы функционирования преобразователей частоты с синхронным выпрямителем, или так называемых приводов с выпрямителем AFE (Active Front End) на примере преобразователя частоты POWERDRVE MDR производства компании LEROY-SOMER.

Введение

Часто, условия той или иной приводной задачи диктуют необходимость работы электропривода в так называемом четвертом квадранте механической характеристики, т.е. в условиях, когда вращающий момент на валу электродвигателя направле в сторону, противоположную направлению вращения вала.

В этом случае электродвигатель уже не приводит в движение механизм, а создает тормозящий механизм момент и превращается в генератор электроэнергии.

Стоит отметить, что при работе электродвигателя непосредственно от сети электроэнергия, вырабатываемая электродвигателем передается непосредственно в питающую сеть и рекуперация электроэнергии осуществляется естественным образом.

В случае, если электродвигатель питается от преобразователя частоты с явным звеном постоянного тока (какими являются большинство из присутствующих на рынке приводов), картина существенно меняется, т.к. на входная силовая цепь такого преобразователя частоты представляет из себя трехфазныый управляемый диодно-тирристорный выпрямитель и не пропускает электрический ток в направлении от электродвигателя к питающей сети.

В результате электроэнергия вырабатываемая электродвигателем в процессе динамического торможения накапливается в конденсаторах звена постоянного тока и приводит кповышению напряжения на звене постоянного тока и аварийному отклюению преобразователя частоты.

При небольшой длительности торможения двигателем или небольших значениях тормозного момента вырабатываемую в таких режимах электроэнергию "сжигают" на тормозных резисторах, отапливая атмосферу.

Если необходимые в задаче величины томозных моментов или длительность томожения достаточно велики, габариты подходящих тормозных резисторов и их стоимость существенно увеличиваются и не всегда изготовление походящего тормозного резистора становится возможным.

Задачами с длительными режимами торможения и большими тормозными моментами являются: приводы сахарных центрифуг периодического действия, приводы штанговых глубинных насосов (ШГН), лифты и краны и т.п.

Во всех этих случаях экономически эффективным решением может оказаться возврат генерируемой электродвигателем электроэнергии в сеть, хотя данное решение и имеет существенно большую стоимость.

В настоящей статье излагаются основы функционирования преобразователей частоты с синхронным выпрямителем, или так называемых приводов с выпрямителем AFE (Active Front End) на примере преобразователя частоты POWERDRVE MDR производства компании Leroy-Somer.

Устройство рекуперативного преобразователя частоты с синхронным выпрямителем

Схема преобразователя частоты с рекуперацией электроэнергии

Силовые элементы входного преобразователя обычного «нереверсивного» электронного регулятора скорости состоят из неуправляемого диодного моста или управляемого диодно-тирристорного выпрямителя, исключающих возврат электроэнергии в питающую сеть.
Силовые элементы входного преобразователя Рекуперативного POWERDRIVE состоят из шести специальных IGBT модулей включенных встречно. Эта сборка, управляемая специальным контроллером рекуперации, образует синхронный выпрямитель, который не только преобразует переменное питающее напряжение в управляемое постоянное напряжение, но и позволяет обратное движение энергии в питающую сеть.
Этот реверсируемый регулятор имеет на своих трех вводах 3-х фазную систему напряжений, формируемую широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), которая в согласуется с питающей сетью через «выпрямительный» дроссель.
Фильтр радиочастотных помех и сиунс-фильтр, установленные последовательно, устраняют остаточные компоненты тока во входном преобразователе.

Передача электроэнергии

Векторная диаграмма рекуперации электроэнергии

Векторная диаграмма ниже иллюстрирует взаимосвязь между напряжением питающей сети и напряжением, генерируемым реверсируемым регулятором скорости и показывает направление потока энергии.

Воздействие на амплитуду и фазу системы напряжений генерируемых Рекуперативным POWERDRIVE фиксирует направление потока энергии. Угол между двумя векторами напряжений составляет примерно 5° при полной нагрузке и при этих условиях регулятор имеет коэффициент мощности близкий к 1.

Такая реверсируемая система обладает следующими основными преимуществами:
- Возможен возврат энергии в питающую сеть;
- Очень низкий коэффициент нелинейных искажений синусоидальной формы входного тока;
- Коэффициент мощности регулятора при возврате энергии в сеть очень близок к 1;
- Выходное напряжение регулятора на электродвигателе может быть больше чем напряжение сети, таким образом, снижая потребляемый электродвигателем ток;

- При торможении перенапряжения, воздействующие на изоляцию электродвигателя снижаются на 25%, что увеличивает срок службы электродвигателя по отношению к электроприводу, укомплектованному тормозным резистором.

 

К недостаткам схемы с синхронным выпрямителем следует отнети относительную грмоздкость рекуперативного преобразователя частоты, построенного по технологии AFE.

Другие схемы рекуперации электроэнергии в сеть

Другим способом возврата электроэнгии в сеть является запатентованная компанией Leroy-Somer технология "С-Light 4 Quadrant" прямого включения IGBT-транзисторов в питающую сеть. При этом исключаются входные фильтры и необходимость в громоздкой цепи предзаряда шины постоянного тока.

Это приводит к существенному снижению габаритов рекуперативного преобразователя частоты. Кроме того, стабилизрованное напряжение в звене постоянного тока дает возможность существенно снизить габариты конденсаторов в звене постоянного тока и изменить их тип с электролитических на твердотельные пленочные.

В результате, рекуперативный преобразователь частоты, спроектированный и изготовленный по технологии "С-Light 4 Quadrant" имеет почти в два раза меньшие габариты по сравнению со стандартным преобразователем частоты с 6-и пульсным выпрямителем.

Комментарии

0 комментариев