Использование преобразователей частоты существенно увеличивает техническую и экономическую эффективность технологических установок с динамической нагрузкой, высокоинерционных механизмов, оборудования, работающего в повторно-кратковременном режиме с частыми стартами, остановками и реверсами.
При торможении такого оборудования двигатель переходит в генераторный режим, увеличивая напряжение в звене постоянного тока. Самые распространенные способы рассевания электроэнергии – подключение тормозных резисторов или использование преобразователей частоты с непосредственной связью. Последние обеспечивают рекуперацию электроэнергии в сеть.
Для согласования параметров генерируемого электричества с характеристиками напряжения сети требуется установка фильтров. Применение частотных преобразователей с возможностью рекуперации, подключение тормозных резисторов усложняют схему, ведут к общему удорожанию привода. Использование этих устройств не всегда оправдано.
Энергосбережение приводов можно значительно улучшить применением систем внутренней рекуперации. Снижение потребления электроэнергии преобразователями частоты такого типа осуществляется за счет зарядки, накопления и разрядки конденсатора. Емкость элемента при такой схеме рекуперации должна быть выше стандартного конденсатора в звене постоянного тока. При этом изменяется постоянная времени, что отрицательно сказывается на работе электродвигателя.
Для решения этой проблемы применяют схему с 2 емкостными элементами, первый из которых используется для сглаживания реактивной составляющей. Второй конденсатор предназначен для накопления и передачи электроэнергии в выходную цепь.
Для нормальной работы электропривода с частотным преобразователем с внутренней рекуперацией требуется правильно рассчитать емкость элемента.
Выбор емкости конденсатора
Для расчета пользуются “Г”-образной схемой замещения асинхронного электродвигателя.
r 1, r 2 – значения активного сопротивления неподвижного и подвижного узла двигателя;
х 1 и х2 – полное сопротивление статора и ротора двигателя;
rm, xm – активное и индуктивное сопротивления в цепи намагничивания,
S – скольжение электрической машины.
Электроэнергия для создания магнитного потока электродвигателя определяется из выражения: где m – количество фаз, Lm – индуктивность для создания воздушного потока.
Ток холостого хода вычисляется по формуле:
После определения энергии намагничивания и создания момента переходят к расчету емкости. Источником реактивной электроэнергии служит емкостной элемент, который разряжается через открытые ключи на транзисторах.
В нулевом состоянии инверторных ключей, при открытых нижних или верхних вентилях, конденсатор заряжается по цепи транзисторов и обратных диодов. Энергия для создания магнитного потока возникает при разряде емкостного элемента.
Ее величина рассчитывается по формуле:
где: С – емкость конденсатора, Udc_max –максимальное напряжение разряда конденсатора звена тока, Udc – напряжение во время разряда конденсатора.
Емкостной элемент сглаживает пульсации входного напряжения после выпрямителя. Напряжение разрядки конденсатора определяется амплитудой пульсации.
где Ku — коэффициент пульсации напряжения.
Для вычисления емкости конденсатора применяется формула:
Для точного определения величины емкости конденсаторов в методику расчета вводятся поправки на режимы работы, способы управления приводом. Рекомендуется устанавливать элементы, емкостью несколько больше расчетной.
Схема частотного преобразователя с внутренней рекуперацией позволяет упростить схему управления двигателем высокоинерционного оборудования с частыми пусками, реверсами и остановками и использовать электроэнергию, генерируемую двигателем при торможении.