Anwendung der Rückkopplungsbremsung in Wechselrichtern Shandong Xinfengguang Electronic Technology Development Co., Ltd. Yin Pengfei Zusammenfassung: Dieser Artikel beschreibt Methoden zur Realisierung der Rückkopplungsbremsung, stellt einige Schlüsseltechnologien vor und zeigt, dass die Rückkopplungsbremsung bei der Anwendung in Wechselrichtern von Förderanlagen gute Ergebnisse erzielt hat. Schlüsselwörter: Rückkopplungsbremsung, Förderanlage, Wechselrichter In der Regel befindet sich der Asynchronmotor bei Antrieben im Motorbetrieb und bezieht Energie aus dem Stromnetz. Aufgrund unterschiedlicher Lasten kann es jedoch vorkommen, dass ein Motor schnell gebremst werden muss oder dass die Last über eine bestimmte potenzielle Energie verfügt, wodurch der Asynchronmotor potenziell Strom erzeugt. Ist der Motor direkt an das Stromnetz angeschlossen, wird der erzeugte Strom in das Netz eingespeist, was das Netz erheblich belastet. Wird der Motor von einem Wechselrichter angetrieben, verfügt dieser über einen begrenzten Energiespeicher. Daher stellt der erzeugende Zustand des Motors eine erhebliche Belastung für den Wechselrichter dar. Bei der regenerativen Bremsung von Motoren nutzen Frequenzumrichter verschiedene Bremsverfahren, wie z. B. die regenerative Bremsung, die Bremsung mit Energiespeicherung und die regenerative Bremsung. Die regenerative Bremsung verschwendet die vom Motor erzeugte elektrische Energie und kann den energieabführenden Widerstand beschädigen. Auch die Bremsung mit Energiespeicherung hat eine begrenzte Speicherkapazität und stellt somit eine Gefahr für den Frequenzumrichter dar. Die regenerative Bremsung mit Energiespeicherung ist ein überlegenes Verfahren. Sie gewährleistet die Sicherheit des Frequenzumrichters, spart Energie und verbessert die Bremsleistung des Motors. Dieser Artikel behandelt einige technische Aspekte der regenerativen Bremsung mit Energiespeicherung. • Einfaches Implementierungsschema: Die Systemstruktur ist in Abbildung 1 dargestellt und besteht aus einem LC-Filter, dem Wechselrichterblock A, dem Buskondensator C, dem Wechselrichterblock B und dem Steuerungssystem für den Wechselrichterblock A. Der Motor arbeitet typischerweise im Motorbetrieb. Wechselrichter A dient als Gleichrichter und im Generatorbetrieb als Rückkopplungswechselrichter. Wenn der Motor Strom erzeugt, wird die Spannung durch die antiparallel zu den IGBTs im Wechselrichter B geschalteten Dioden gleichgerichtet. Die gleichgerichtete Spannung wird dem Buskondensator C zugeführt. Bei hoher Generatorleistung steigt die Busspannung und gefährdet die Sicherheit des gesamten Systems. Daher muss Wechselrichter A aktiviert werden, um überschüssige Energie über eine Induktivität und einen Kondensator ins Netz zurückzuspeisen. Die Induktivität gleicht die Differenz zwischen der DC-Busspannung und der Netzspannung aus und puffert gleichzeitig die Blindleistung der Oberschwingungen. Abbildung 1 zeigt den Systemaufbau. Für die regenerative Bremsung sind drei Aufgaben erforderlich: 1) Erkennung des Beginns der Spannungsrückkopplung; 2) Aufrechterhaltung der Synchronisation mit Netzfrequenz und -phase während der regenerativen Bremsung; 3) Begrenzung der Rückkopplungsstromstärke während der regenerativen Bremsung. 2.1. Spannungserkennung : Die Spannungserkennung umfasst die Messung der DC-Busspannung und der Netzspannung. Bei der Messung der Netzspannung müssen Netzschwankungen berücksichtigt werden. Basierend auf der Gleichspannung, die die Zwischenglieder des Wechselrichters aushalten können, und unter Berücksichtigung der zulässigen Netzspannungsschwankung von +20 % während der regenerativen Bremsung, kann Wechselrichterblock A gestartet werden und in den regenerativen Bremszustand wechseln, sobald der Spannungswert das (1,2 * √2)-fache des Effektivwerts der Netzspannung beträgt. 2.2 Netzfrequenz- und Phasenerkennung: Für eine effektive Energierückführung bei der regenerativen Bremsung ist die Synchronisierung mit Netzfrequenz und -phase entscheidend. Zudem muss sichergestellt werden, dass bei positiver Netzspannung ein negativer Strom abgegeben wird. Weiterhin sollte während der Rückführung der höhere Spannungsbereich der Netzspannung gewählt werden (siehe Abbildung 2). Dies ermöglicht eine höhere Rückführungsleistung bei konstantem Rückführungsstrom. Abbildung 2 zeigt die Anforderungen an den Schaltzustand der Leistungshalbleiter in Wechselrichterblock A, um mit dem Netz synchronisiert zu sein. Das Synchronisationssignal ist in Abbildung 2 (B) dargestellt. Im Folgenden wird eine einfache Methode zur Ansteuerung des Synchronisationssignals beschrieben, mit der sich synchronisierte Rechteckimpulse von V1 bis V6 erzeugen lassen. Abbildung 3. Synchronisationssignalerkennung 2.3 Regelung des Rückkopplungsstroms Bei der regenerativen Bremsung ist die korrekte Regelung des Rückkopplungsstroms entscheidend. Der Rückkopplungsstrom muss die Anforderungen an die Rückkopplungsleistung erfüllen. Ist die Systemrückkopplungsleistung geringer als die Ausgangsleistung des Motors im Generatorbetrieb, steigt die Spannung am DC-Zwischenkreis des Wechselrichters weiter an. Da die Netzspannung konstant ist, wird die Systemrückkopplungsleistung durch die Größe des Rückkopplungsstroms bestimmt. Darüber hinaus muss der Rückkopplungsstrom innerhalb des Nennbereichs der verwendeten IGBTs geregelt werden. Während der regenerativen Bremsung ändert sich der Rückkopplungsstrom schnell, was ein effektives Regelungsverfahren erfordert. Häufig wird die Hysteresestromvergleichsregelung eingesetzt, wie in Abbildung 4 dargestellt: Abbildung 4 Hysteresestromvergleichsregelung • Technische Anwendung Wir haben diese regenerative Bremsmethode zur Installation eines 380-V-75-kW-Frequenzumrichters für Lasthebevorgänge bei der Yong'an Coal Industry Co., Ltd. im Kreis Manas, Xinjiang, eingesetzt. Die Anwendung im Feld zeigte: Der regenerative Bremsstrom erreichte ca. 40 A. Der Frequenzumrichter nutzt die Hysteresestromvergleichsmethode zur regenerativen Bremsung. Die zurückgespeiste Energiemenge entspricht der Überschreitung der eingestellten Referenzspannung durch die Busspannung. Sobald die Spannung 645 V überschreitet, wird die regenerative Bremsung aktiviert und Energie ins Netz zurückgespeist, wodurch der sichere Betrieb des Frequenzumrichters gewährleistet wird. Die Überwachung der Busspannung ergab keine signifikanten Spannungsschwankungen. Die ins Netz zurückgespeiste Wellenform war gut; mit geeigneter LC-Filterung verursachte sie nur minimale Netzstörungen und demonstrierte somit eine gute Filterleistung. Auch der Energiespareffekt war signifikant; im Vergleich zur Netzfrequenz betrug die Gesamtenergieeinsparung ca. 30 %. Ein 75-kW-Hebezeug kann nach dem Umbau auf einen Frequenzumrichter direkt mit einem handelsüblichen Kurzschlussläufermotor angetrieben werden, was eine stufenlose Drehzahlregelung ermöglicht. Dadurch entfällt die Notwendigkeit eines Schleifringläufermotors, der etwa ein Drittel günstiger ist als ein herkömmlicher Kurzschlussläufermotor. Dies reduziert die Investitionskosten für den Anwender und vereinfacht die Wartung. Die Drehzahlregelung mit variabler Frequenz macht den in Netzfrequenzsystemen üblichen Wechselstromschütz und Drehzahlregler überflüssig und verbessert so die Arbeitsbedingungen für den Bediener erheblich. Eine gleichmäßigere Drehzahlregelung reduziert die Belastung des Stromnetzes und die Schaltvorgänge, und Stromschwankungen sind stabil – Vorteile, die das ursprüngliche Netzfrequenzsystem nicht bietet. • Fazit: Wenn der Frequenzumrichter eine Hebezeuglast antreibt, sollte er über mehrere Bremsmethoden verfügen, wobei die regenerative Bremse entscheidend ist. Unser Unternehmen hat die regenerative Bremse erfolgreich in seinen hebenzeugspezifischen Frequenzumrichter der Marke Fengguang integriert und damit hervorragende Ergebnisse erzielt. Die Wellenform der regenerativen Energie muss optimal und die regenerative Phase präzise sein; andernfalls beeinträchtigt die regenerative Bremse das Stromnetz. Dies ist der entscheidende technische Aspekt. Referenzen [1] Han Anrong: Allgemeine Frequenzumrichter und ihre Anwendung (zweite Auflage) [M], Beijing Machinery Industry Press, 2000 [2] Li Ruilai, He Hongchen, Han Wenzhao: Drehzahlregelungssystem für Frequenzumrichter in Bergbauförderanlagen, Frequency Converter World, 2000, 9. Autorenprofil: Yin Pengfei, männlich, Ingenieur. Er absolvierte 1998 die Northeastern University und forscht derzeit im Bereich Leistungselektronik. Er ist stellvertretender Chefingenieur der Shandong Wind Power Company.