Все о системах рекуперации электроэнергии торможением

Электродвигатели предназначены для приведения в движение различных механизмов, но после завершения движения механизм необходимо остановить. Для этого можно использовать тоже электрическую машину и метод рекуперации. О том, что такое рекуперация электроэнергии, рассказывается в этой статье.

Рекуперация электроэнергии в электровелосипеде

Что такое рекуперация

Название этого процесса происходит от латинского слова «recuperatio», которое переводится как  «обратное получение». Это возврат части израсходованной энергии или материалов для повторного использования.

Этот процесс широко используется в электротранспорте, особенно работающем на аккумуляторах. При движении под уклон и во время торможения системы рекуперации возвращает кинетическую энергию движения обратно в аккумулятор, подзаряжая их. Это позволяет проехать без подзарядки большее расстояние.

Рекуперативное торможение

Один из видов торможения – это рекуперативное. При этом скорость вращения электродвигателя больше, чем заданная параметрами сети: напряжением на якоре и обмотке возбуждения в двигателях постоянного тока или частотой питающего напряжения в синхронных или асинхронных двигателях. При этом электродвигатель переходит в режим генератора, а выработанную энергию отдаёт обратно в сеть.

Основным достоинством рекуператора является экономия электроэнергии. Это особенно заметно при движении по городу с постоянно изменяющейся скоростью, пригородном электротранспорте и метрополитене с большим количеством остановок и торможением перед ними.

Кроме достоинств, рекуперация имеет недостатки:

• невозможность полной остановки транспорта;
• медленная остановка при малых скоростях;
• отсутствие тормозного усилия на стоянке.

Для компенсации этих недостатков на транспортных средствах устанавливается дополнительная система механических тормозов.

Как работает система рекуперации

Для обеспечения работы эта система должна обеспечивать питание электродвигателя от сети и возврат энергии во время торможения. Проще всего это осуществляется в городском электротранспорте, а также в старых электромобилях, оснащенных свинцовыми аккумуляторами, электродвигателями постоянного тока и контакторами, – при переходе на пониженную передачу при высокой скорости режим возврата энергии включается автоматически.

В современном транспорте вместо контакторов используется ШИМ-контроллер. Это устройство позволяет возвращать энергию как в сеть постоянного, так и переменного тока. При работе оно работает как выпрямитель, а во время торможения определяет частоту и фазу сети, создавая обратный ток.

Интересно. При динамическом торможении электродвигателей постоянного тока они так же переходят в режим генератора, но вырабатывающаяся энергия не возвращается в сеть, а рассеивается на добавочном сопротивлении.

Силовой спуск

Кроме торможения, рекуператор используется для уменьшения скорости при опускании грузов грузоподъёмными механизмами и во время движения вниз по наклонной дороге электротранспорта. Это позволяет не использовать при этом изнашиваемый механический тормоз.

Применение рекуперации в транспорте

Этот метод торможения используется много лет. В зависимости от вида транспорта, его применение имеет свои особенности.

В электромобилях и электровелосипедах

При движении по дороге, а тем более, по бездорожью электропривод почти всё время работает в тяговом режиме, а перед остановкой или перекрёстком – «накатом». Остановка производится, используя механические тормоза из-за того, что рекуперация при малых скоростях неэффективна.

Кроме того, КПД аккумуляторов в цикле «заряд-разряд» далёк от 100%. Поэтому, хотя такие системы и устанавливаются на электромобили, большую экономию заряда они не обеспечивают.

Схема рекуперации в автомобиле

На железной дороге

Рекуперация в электровозах осуществляется тяговыми электродвигателями. При этом они включаются в режиме генератора, преобразующего кинетическую энергию поезда в электроэнергию. Эта энергия отдаётся обратно в сеть, в отличие от реостатного торможения, вызывающего нагрев реостатов.

Рекуперация используется также при длительном спуске по склону для поддержания постоянной скорости. Этот метод позволяет экономить электроэнергию, которая отдается обратно в сеть и используется другими поездами.

Раньше этой системой оборудовались только локомотивы, работающие от сети постоянного тока. В аппаратах, работающих от сети переменного тока, есть сложность с синхронизацией частоты отданной энергии с частотой сети. Сейчас эта проблема решается при помощи тиристорных преобразователей.

Режим рекуперации поезда

В метро

В метрополитене во время движения поездов происходит постоянный разгон и торможение вагонов. Поэтому рекуперация энергии даёт большой экономический эффект. Он достигает максимума, если это происходит одновременно в разных поездах на одной станции. Это учитывается при составлении расписания.

В городском общественном транспорте

В городском электротранспорте эта система устанавливается практически во всех моделях. Она используется в качестве основной до скорости 1-2 км/ч, после чего становится неэффективной, и вместо неё включается стояночный тормоз.

В Формуле-1

Начиная с 2009 года, в некоторых машинах устанавливается система рекуперации. В этом году такие устройства ещё не давали ощутимого превосходства.

В 2010 году такие системы не использовались. Их установка с ограничением на мощность и объём рекуперированной энергии возобновилась в 2011 году.

Торможение асинхронных двигателей

Снижение скорости асинхронных электродвигателей осуществляется тремя способами:

• рекуперация;
• противовключение;
• динамическое.

Рекуперативное торможение асинхронного двигателя

Рекуперация асинхронных двигателей возможна в трёх случаях:

• Изменение частоты питающего напряжения. Возможно при питании электродвигателя от преобразователя частоты. Для перехода в режим торможения частота уменьшается так, чтобы скорость вращения ротора оказалась больше синхронной;
• Переключением обмоток и изменением числа полюсов. Возможно только в двух,- и многоскоростных электродвигателях, в которых несколько скоростей предусмотрены конструктивно;
• Силовой спуск. Применяется в грузоподъёмных механизмах. В этих аппаратах устанавливаются электродвигатели с фазным ротором, регулировка скорости в которых осуществляется изменением величины сопротивления, подключаемого к обмоткам ротора.

В любом случае при торможении ротор начинает обгонять поле статора, скольжение становится больше 1, и электромашина начинает работать как генератор, отдавая энергию в сеть.

Схема электродвигателя с фазным ротором

Противовключение

Режим противовключения осуществляется переключением двух фаз, питающих электромашину, между собой и включением вращения аппарата в обратную сторону.

Возможен вариант включения при противовключении добавочных сопротивлений в цепь статора или обмоток фазного ротора. Это уменьшает ток и тормозной момент.

Важно! На практике этот способ применяется редко из-за превышения токов в 8-10 раз выше номинальных (за исключением двигателей с фазным ротором). Кроме того, аппарат необходимо вовремя отключить, иначе он начнёт вращаться в обратную сторону.

Динамическое торможение асинхронного двигателя

Этот метод осуществляется подачей в обмотку статора постоянного напряжения. Для обеспечения безаварийной работы электромашины ток торможения не должен превышать 4-5 токов холостого хода. Это достигается включением в цепь статора дополнительного сопротивления или использованием понижающего трансформатора.

Постоянный ток, протекающий в обмотках статора, создаёт магнитное поле. При пересечении его в обмотках ротора наводится ЭДС, и протекает ток. Выделившаяся мощность создаёт тормозной момент, сила которого тем больше, чем выше скорость вращения электромашины.

Фактически асинхронный электродвигатель в режиме динамического торможения превращается в генератор постоянного тока, выходные клеммы которого закорочены (в машине с короткозамкнутым ротором) или включенные на добавочное сопротивление (электромашина с фазным ротором).

Схема динамического торможения асинхронного электродвигателя

Рекуперация в электрических машинах – это вид торможения, позволяющий сэкономить электроэнергию и избежать износа механических тормозов.

Видео

Оцените статью:

Рекуперация энергии в сеть

На протяжении долгого времени, излишнюю энергию,  накопленную в преобразователях частоты (ПЧ) при торможении ими асинхронных двигателей с высокоинерционной нагрузкой (ПТО, нагрузочные стенды, электротранспорт, намотчики, центрифуги и т.д.), рассеивали на специальных тормозных резисторах.  Это было крайне необходимо для ограничения уровня напряжения на шинах постоянного тока преобразователей при работе в этих режимах. В противном случае, отказ от использования тормозных резисторов грозил бы выходом преобразователей частоты из строя или невозможностью задания необходимых временных рамп разгона и торможения управляемых механизмов.

Применение тормозных резисторов не сильно влияет на стоимость оборудования систем, однако, влечет за собой ряд определенных неудобств при их проектировании и эксплуатации, а именно: большие габариты тормозных резисторов, разогрев поверхности тормозных резисторов до температуры 100°С и выше, обязательная защита резисторов от попадания пыли и влаги и т.д. Но, самым неприятным в этом случае является то, что излишняя энергия преобразуется в ненужное тепло, за которое предприятие платит деньги. В теплое время года, когда температура в помещениях с технологическим оборудованием и так достаточно высокая, тормозные резисторы, подключенные к ПЧ, способствуют еще большему ее повышению. Это значит, что крайне необходима дополнительная вентиляция помещений или даже их кондиционирование, а это опять дополнительные затраты. Но, ведь можно не рассеивать излишнюю энергию на резисторы, а возвращать ее обратно в питающую сеть, обеспечивая экономию дорогостоящих энергоресурсов. Для этого используются системы рекуперации энергии.

Фактически доказано, что современные преобразователи частоты позволяют значительно сократить энергопотребление оборудования и оптимизировать различные технологические процессы, что в свою очередь ведет к экономии сырья и других ресурсов, а так же способствует улучшения качества конечного продукта. Но, с заменой систем частотного регулирования с использованием тормозных резисторов на системы с использованием рекуперации энергии в сеть, появилась возможность дополнительной экономии. Теперь, энергию, возникающую при торможении двигателей можно возвращать в питающую сеть, осуществляя полную корректировку ее параметров в соответствии с параметрами сети. Ведущие производители промышленного оборудования и механизмов уже широко применяют такие системы, такие системы нашли применение в электротранспорте (электропоезда, трамваи, троллейбусы, эскалаторы).

Немного физики. Для того чтобы накопленную мощность можно было возвращать в источник переменного тока, в качестве входного выпрямителя привода рекуперации используются преобразователи с ШИМ источником напряжения. Теперь поток мощности переменного тока может течь в любую сторону, током можно управлять и получить почти единичный коэффициент мощности. В случае работы преобразователя частоты в режиме рекуперации, каскад IGBT транзисторов (используемый в моторном приводе в качестве выходного каскада) работает как синусоидальный выпрямитель, преобразующий переменный ток в постоянное напряжение для питания системы. При интенсивном торможении двигателя и, как следствие, превышении напряжения на звене постоянного тока преобразователя частоты выше определенного уровня, каскад IGBT транзисторов ПЧ генерирует ШИМ — сигнал в сторону сети. Разница напряжений между фазным напряжением ШИМ и сетевым напряжением питания прикладывается к индуктивностям (индуктору рекуперации). Это напряжение содержит много высокочастотных гармоник, которые блокируются индуктивностью и на выходе ПЧ получается синусоидальный ток с малой примесью высших гармоник. Для синхронизации привода рекуперации с сетью не требуется дополнительного оборудования. Определение частоты и угла вектора сетевого напряжения происходит за счет подачи ШИМ — модулятором трех специальных тестирующих импульсов в питающую сеть.

Одним из проверенных и эффективных решений по рекуперации энергии является применение частотных преобразователей Unidrive SP фирмы Control Techniques. Примеры их использования можно увидеть на стендах динамических испытаний автомобилей многих автомобильных заводов (Nissan, Ford, Lamborghini и др.), в металлургии, на эскалаторах, кранах, и т.д. Конфигурация такой системы может иметь несколько видов, но суть ее сводится к одному — организовать двунаправленный поток энергии в источник переменного электропитания и из него. При определении мощностей/ номиналов компонентов системы рекуперации нужно учитывать следующие факторы:

1. Изменение уровня сетевого напряжения

2. Номинальные ток двигателя, напряжение, коэффициент мощности

3. Максимальную мощность нагрузки и условия перегрузки

4. Потери в приводах и других компонентах

 На рис.1 представлена общая схема система рекуперации при использовании одного моторного привода и одного привода рекуперации. Как правило, для такой системы моторный привод и привод рекуперации имеют одинаковые номиналы. Однако, при детальном расчете может выясниться, что характер нагрузки подразумевает работу моторного привода с перегрузкой, если при этом напряжение питания привода рекуперации находится на нижнем пределе, то он может не покрыть мощность выделяемую моторным приводом и потери в системе. Тогда необходимо использовать привод рекуперации большего номинала.

 

Рис.1 Система с одним приводом рекуперации и одним моторным приводом

На рис.2 представлена общая схема система рекуперации при использовании нескольких моторных приводов и одного привода рекуперации. В таких многоприводных конфигурациях привод рекуперации выбирается таким образом, чтобы выдать суммарную мощность всех моторных приводов, учитывая потери, включая собственные. В этом случае, конечно, нужно учитывать характер нагрузки для каждого моторного привода индивидуально, ведь возможен вариант одновременного торможения всех двигателей системы.

 

Рис.2 Система с одним приводом рекуперации и несколькими моторными приводами

При включении системы с несколькими приводами, объединенными по шине постоянного тока, необходимо ограничивать пусковой ток, поскольку электролитические конденсаторы в звене постоянного тока преобразователей частоты имеют малое сопротивление. Для этого применяется тиристорный выпрямительный модуль SPMC, который подключается контактором для заряда конденсаторов объединенной шины постоянного тока преобразвателей. После обеспечения плавного заряда шины до номинального напряжения, выпрямительный модуль SPMC отключается.

Как видно, система рекуперации предлагаемая Control Techniques может иметь различные конфигурации и может быть спроектирована индивидуально под конкретное применение.

По всем вопросам, касательно данного применения обращайтесь в ООО «Драйвика» по тел. 8 (812) 635 90 30 или Email: [email protected]

Рекуперация электроэнергии в сеть в задачах электропривода — Технологии — Приводные системы — Каталог статей

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 направлен 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 трехфазный 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 к повышению напряжения на звене постоянного тока и аварийному отклонению 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 тормозных моментов или длительность торможения 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

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 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 отметить относительную громоздкость рекуперативного преобразователя частоты, построенного по технологии AFE.

Другие схемы рекуперации электроэнергии в сеть

Другим способом возврата электроэнергии 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.

Об Emerson (Эмерсон)

Об Emerson Industrial Automation ^TM

О Leroy-Somer

Рекуперация энергии в электронных нагрузках · EA Elektro-Automatik

Под­клю­чение элек­трон­ной наг­рузки пос­то­янного тока с фун­кцией реку­перации энер­гии

В нас­то­ящих ука­заниях по при­менению опи­сана тех­ника безо­пас­ности и про­цедура под­клю­чения реге­нератив­ной наг­рузки пос­то­янного тока к сети пита­ния.Так как эта элек­трон­ная наг­рузка обла­дает уни­каль­ной спо­соб­ностью воз­вра­щать часть пре­об­ра­зован­ной энер­гии обратно в сеть, сущес­твуют опре­делен­ные нюансы ее под­клю­чения к элек­тро­сетям мес­тного или общего поль­зо­вания, поэтому необ­хо­димо уточ­нить про­цедуру под­клю­чения наг­рузки для кор­рек­тной работы этой фун­кции.

Вве­дение

Бла­годаря своей ком­пак­тной конс­трук­ции элек­трон­ная наг­рузка серии ELR 9000 от ком­па­нии EA Elektro-Automatik осо­бенно хорошо под­хо­дит для испы­татель­ных сис­тем и про­мыш­ленных сис­тем управ­ле­ния. Помимо стан­дар­тных фун­кций элек­трон­ная наг­рузка осна­щена встро­ен­ным фун­кци­ональ­ным гене­ратором, кото­рый поз­во­ляет фор­ми­ровать нес­колько типов кри­вых. Кроме того, эти модули поз­во­ляют полу­чить дей­стви­тельно высо­кие зна­чения номи­наль­ной мощ­ности.

Нес­мотря на то, что испы­ту­емая мощ­ность повы­ша­ет­ся, при­ходится учи­тывать потери на рас­се­ива­ние теп­ла. Ком­па­ния EA пред­ла­гает элек­трон­ные наг­рузки пос­то­янного тока, содер­жа­щие эко­логич­ную тех­но­логию, пре­об­ра­зу­ющую пода­ва­емую энер­гию пос­то­янного тока в энер­гию пере­мен­ного тока и нап­равля­ющую ее обратно в элек­тро­сети мес­тного или общего поль­зо­вания.

Эта тех­но­логия мини­мизирует поте­ри, свя­зан­ные с рас­се­ива­нием теп­ла, и однов­ре­менно сни­жает зат­раты на элек­тро­энер­гию. Однако под­клю­чение наг­рузки к сети пона­чалу может быть не-прос­той зада­чей; таким обра­зом, зада­чей сле­ду­ющих раз­де­лов явля­ется соз­да­ние чет­кой инс­трук­ции по под­клю­чению устрой­ства к сети, а также учет всех мер обес­пе­чения безо­пас­ности.

Элек­трон­ная реге­нератив­ная наг­рузка пос­то­янного тока ELR 9000 3U HP

Новая серия элек­трон­ных наг­ру­зок пос­то­янного тока с фун­кцией реку­перации энер­гии пред­ла­гает ряд новых номи­наль­ных нап­ря­жений, токов и мощ­ностей для широ­кого ряда при­менений. Эти устрой­ства под­держи­вают четыре стан­дар­тных режима рабо­ты: ста­билиза­ция тока, мощ­ности, нап­ря­жения и соп­ро­тив­ле­ния. Кроме того, схема управ­ле­ния на основе ПЛИС обес­пе­чивает допол­ни­тель­ные воз­можнос­ти, такие как фун­кци­ональ­ный гене­ратор, кото­рый пред­став­ляет собой схему регу­лирова­ния на основе таб­лиц для ими­тации нели­ней­ных внут­ренних соп­ро­тив­ле­ний. Бла­годаря аппа­рат­ному обес­пе­чению с циф­ро­вым управ­ле­нием уда­лось сни­зить даже вре­мена отклика для осу­щест­вле­ния управ­ле­ния по ана­логовым или циф­ро­вым интер­фей­сам. Есть одна харак­те­рис­ти­ка, кото­рая, нес­мотря на воз­можность наг­рузки рабо­тать с высо­кой мощ­ностью, явля­ется недос­татком.
Нес­колько устрой­ств серии ELR-9000 могут рабо­тать парал­лельно в режиме веду­щий-ве­домый, что поз­во­ляет поль­зо­вателю под­клю­чить наг­рузки парал­лельно для тех ИУ, кото­рым тре­бу­ется повы­шен­ная мощ­ность. Мощ­ность можно повы­сить до 480 кВт в пре­делах одной стойки и полу­чить зна­чительно боль­ший сум­марный ток с воз­можностью при необ­хо­димости соз­дать боль­шую мощ­ность. Однако при повы­шении испы­ту­емой мощ­ности рас­се­ива­ние этой энер­гии может быть неже­латель­ным для неко­торых заказ­чи­ков, пос­кольку это явно не явля­ется эко­логич­ным или «зе­леным» под­хо­дом.

Тех­но­логия, реали­зован­ная в этих устрой­ствах, поз­во­ляет назы­вать их реге­нератив­ными наг­рузками или наг­рузками с фун­кцией реку­перации энер­гии. Наибо­лее важ­ной осо­бен­ностью таких элек­трон­ных наг­ру­зок явля­ется то, что под­клю­чение к сети пере­мен­ного тока, т.е. под­клю­чение к энер­го­сети, одно-вре­менно исполь­зу­ется в качес­тве выхо­да, на кото­рый пода­ется энер­гия пос­то­янного тока, кото­рая будет пре­об­ра­зована с КПД порядка 95%. Реку­перация энер­гии поз­во­ляет сни­зить зат­раты на элек­тро­энер­гию и не уста­нав­ли­вать доро­гос­то­ящие охлаж­да­ющие сис­те­мы, кото­рые тре­бу­ются для стан­дар­тных элек­трон­ных наг­ру­зок, рас­се­ивающих энер­гию вход­ного пос­то­янного тока в виде теп­ла.

Прин­цип реку­перации энер­гии

Рису­нок 1 – Прин­цип реку­перации энер­гии

Прин­цип работы реге­нератив­ной элек­трон­ной наг­рузки легко объ­яс­нить на основе рисунка 1. Будем счи­тать, что испы­ту­емым устрой­ством явля­ется акку­мулятор­ная бата­рея, кото­рая пот­ребляет порядка 3 кВт мощ­ности. Как пока­зано на рисунке 2, энер­гия пос­то­янного тока пода­ется на вход пре­об­ра­зователя пос­то­янного тока (DC-DC пре­об­ра­зовате­ля), кото­рый под­го­тав­ли­вает мощ­ность к даль­нейшему пре­об­ра­зованию. На пос­леднем этапе про­ис­хо­дит пре­об­ра­зование энер­гии пос­то­янного тока в со-от­ветс­тву­ющую энер­гию пере­мен­ного тока. Под соот­ветс­тву­ющей энер­гией пони­ма­ет­ся, что энер­гия пере­мен­ного тока дол­жна соот­ветс­тво­вать зна­чениям нап­ря­жения и час­тоты мес­тной энер­го­сети.

Рису­нок 2 – Про­цесс пре­об­ра­зования мощ­ности

После этого реку­периро­ван­ная энер­гия воз­вра­ща­ется в сеть пред­при­ятия и может исполь­зо­ваться в соот­ветс­тву­ющих про­мыш­ленных или завод­ских поме­щениях (внут­ренняя реку­перация энер­гии). В слу­чае, если реку­периро­ван­ной энер­гии боль­ше, чем пот­ребля­ется поль­зо­вателями в мес­тной сети, оста­ток энер­гии в конеч­ном итоге пот­ребля­ется сосед­ними пред­при­ятиями через общес­твен­ную сеть, за пре­делами зда­ния, в кото­ром про­водятся испы­тания обо­рудова­ния. Также может ока­зать­ся, что пред­при­ятие не под­клю­чено к элек­тро­сети общего поль­зо­вания и, нап­ри­мер, наг­рузка исполь­зу­ется для испы­таний топ­ливных яче­ек. В этом слу­чае наг­рузка серии ELR 9000 огра­ничивает реку­периро­ван­ную энер­гию той, что пот­ребля­ется только поль­зо­вателями мес­тной сети. При этом, в зави­симости от исполь­зо­вания наг­рузки, обо­рудова­ние может оку­питься за нес­колько лет.

Рису­нок 3 – Реку­перации энер­гии из лабо­ратории

На рисунке 3 пока­зан про­цесс реку­перации энер­гии. На про­из­водс­твен­ной линии с высо­ким энер­го­пот­ребле­нием можно уви­деть наг­рузку с фун­кцией реку­перации энер­гии, кото­рая явля­ется частью испы­ту­емого устрой­ства. Стрел­ка, выхо­дящая из ИУ к наг­рузке ELR 9000, нап­равля­ется после изме­рителя к глав­ному рас­пре­делитель­ному щит­ку, и реку­периро­ван­ная энер­гия воз­вра­ща­ется обратно в сеть пред­при­ятия (внут­реннюю сеть). Если устрой­ство будет пос­то­янно учас­тво­вать в испы­тани­ях, его необ­хо­димо под­клю­чать именно таким спо­собом. Реку­периро­ван­ная энер­гия затем будет исполь­зо­ваться про­из­водс­твен­ным, лабо­ратор­ным или офис­ным обо­рудова­ни­ем.

Меры безо­пас­ности до начала мон­тажа и экс­плу­ата­ции

Перед уста­нов­кой и исполь­зо­ванием изде­лия необ­хо­димо соб­лю­дать сле­ду­ющие меры безо­пас­ности. Устрой­ство, в зави­симости от моде­ли, может быть очень тяже­лым. Поэтому пред­по­лага­емое место раз­ме­щения обо­рудова­ния (стол, шкаф, 19-дюй­мо­вая стой­ка) дол­жно быть спо­собно выдер­жать его вес без огра­ничений.

• При исполь­зо­вании 19 дюй­мо­вой стойки сле­дует исполь­зо­вать нап­равля­ющие, соот­ветс­тву­ющие ширине кор­пуса и весу устрой­ства. Перед под­клю­чением к сети пита­ния сле­дует убе­дить­ся, что под­клю­чение соот­ветс­твует ука­зан­ному на эти­кет­ке. Пере­нап­ря­жение в сети пере­мен­ного тока может при­вести к пов­режде­нию обо­рудова­ния.
• Для элек­трон­ных наг­ру­зок: перед под­клю­чением источ­ника нап­ря­жения ко входу пос­то­янного тока сле­дует убе­дить­ся,что источ­ник не соз­даст нап­ря­жение боль­ше, чем указа но для кон­крет­ной моде­ли, или пред­при­нять меры по пре­дот­вра­щению пов­режде­ния из-за пере­нап­ря­жения.
• Для элек­трон­ных наг­ру­зок с реку­перацией энер­гии: перед под­клю­чением выхода пере­мен­ного тока к элек­тро­сети общего поль­зо­вания, сле­дует выяс­нить, раз­ре­шена ли работа подоб­ного устрой­ства в ука­зан­ном месте и, при необ­хо­димос­ти, уста­новить кон­троль­ное обо­рудова­ние.Наг­рузка ELR 9000 имеет сер­ти­фикат CE и соот­ветс­твует стро­гим стан­дартам EN 50160 и EN 60950.

Меры безо­пас­ности до начала мон­тажа и экс­плу­ата­ции

Под­клю­чение элек­трон­ной наг­рузки с воз­вра­том энер­гии в сеть пита­ния выпол­ня­ется с помощью вхо­дящих в ком­плект пос­тавки 4-х или 5-по­люс­ных ште­керов на зад­ней панели при­бора. Кроме того, сле­дует под­клю­чать ште­кер трех- или, для неко­торых моде­лей, четы­рех- или пяти­жиль­ным кабе­лем под­хо­дящего сече­ния и дли­ны. При под­клю­чении устрой­ства к сети пита­ния есть ряд момен­тов, кото­рые сле­дует учи­тывать:

• Под­клю­чение к сети пита­ния пере­мен­ного тока дол­жно выпол­няться только ква­лифици­рован­ным пер­со­налом.
• Сече­ние кабеля дол­жно соот­ветс­тво­вать мак­си­маль­ному вход­но­му/вы­ход­ному току устрой­ства (см. таб­лицу ниже).
  Перед под­клю­чением кабеля сле­дует убе­дить­ся, что устрой­ство вык­лю­чено с помощью вык­лю­чателя пита­ния.
• Сле­дует убе­дить­ся, что соб­лю­дены все пра­вила экс­плу­ата­ции и под­клю­чения обо­рудова­ния с воз­вра­том энер­гии к элек­тро­сети общего поль­зо­вания и выпол­нены все необ­хо­димые усло­вия.

Обо­рудова­ние пос­тавля­ется с 4- или 5-по­люс­ным ште­кером. В зави­симости от номи­наль­ной мощ­ности наг­рузки, он будет под­клю­чен к 2-х или 3-фаз­ной сети пита­ния в соот­ветс­твии с мар­ки­ров­кой на ште­кере и сле­ду­ющей таб­ли­цей. Для под­клю­чения к сети пита­ния тре­бу­ются сле­ду­ющие фазы (Φ): (для наг­ру­зок ELR 9000 3U и ELR 9000 3U HP).

	L1		L2		L3		PE
Нор­мир. мощ­ность	⌀	lmax	⌀	lmax	⌀	lmax	⌀
5 кВт	—	—	1,5 мм2	13,2 А	1,5 мм2	13,2 А	как у фазы
10 кВт	2,5 мм2	23 А	2,5 мм2	16 А	2,5 мм2	23 А	как у фазы
15 кВт	2,5 мм2	23 А	2,5 мм2	23 А	2,5 мм2	23 А	как у фазы

Таб­лица 1 – Тре­бу­емые фазы для под­клю­чения к сети пита­ния наг­рузки ELR 9000 3U HP

	L1		L2		L3
Нор­мир. мощ­ность	⌀	lmax	⌀	lmax	⌀	lmax
5 кВт	—	—	1,5 мм2	13,2 А	1,5 мм2	13,2 А
10 кВт	2,5 мм2	23 А	2,5 мм2	16 А	2,5 мм2	23 А
15 кВт	2,5 мм2	23 А	2,5 мм2	23 А	2,5 мм2	23 А

Таб­лица 1 – Тре­бу­емые фазы для под­клю­чения к сети пита­ния наг­рузки ELR 9000 3U HP

Вхо­дящие в ком­плект пос­тавки ште­керы могут исполь­зо­ваться с кабе­лями сече­нием до 4 мм 2. Как извес­тно, чем длин­нее кабель, тем боль­шее нап­ря­жение падает на соп­ро­тив­ле­нии кабе­ля. Если паде­ние нап­ря­жения будет слиш­ком вели­ко, наг­рузка может выда­вать ошибку низ­кого нап­ря­жения. Поэтому сле­дует исполь­зо­вать мак­си­мально корот­кие кабе­ли. На рисунке 5 пока­зан при­мер под­клю­чения кабеля пита­ния.

Рису­нок 4 – Под­клю­чение кабеля пита­ния элек­трон­ной наг­рузки ELR 9000 3U HP

Рису­нок 5 – Под­клю­чение кабеля пита­ния элек­трон­ной наг­рузки ELR 9000 3U

Если у вас оста­лись воп­росы по под­клю­чению элек­трон­ной наг­рузки ELR 9000, обра­щай­тесь в ком­па­нию EA Elektro-Automatik, и мы будем рады ока­зать вам всю необ­хо­димую помощь.

Рекуперация энергии в мощных преобразователях

При разработке системы управления на основе нескольких преобразователей ЭПВ с двигателями, работающими в режиме генератора,

или в напряженном динамическом режиме с высокоинерционной нагрузкой, производитель рекомендует использовать рекуперативный блок, который будет возвращать накопленную энергию в питающую сеть. Это техническое решение напрямую связано с технологиями энергосбережения, так как не только позволяет экономить электроэнергию, но и решить проблемы с электромагнитной совместимостью, так как потребляемый от сети ток в случае применения рекуператора близок к синусоидальному, а значит, и коэффициент мощности системы близок к 1.

На рис. 1.2.25 показана схема подключения рекуператора к нескольким преобразователям. Необходимым условием надежной работы рекуператора является согласование его с инверторами по нагрузке.

Читателю имеет смысл подробнее познакомиться с устройством и работой рекуперативного блока, так как в ближайшем будущем использование этих устройств силовой техники станет повсеместным. Итак, функциональная схема рекуператора ЭПВ-Р, выпускаемого той же фирмой, что и преобразователи ЭПВ, приведена на рис. 1.2.26. Мы не

будем подробно останавливаться на описании схемы управления этим устройством, а остановимся на принципе построения силовой схемы.

Основа рекуперативного блока — шестиключевой трехфазный мост, построенный с применением IGBT-транзисторов, управляемых по специальному алгоритму. Входные фазы рекуператора через входной дроссель подключаются к питающей сети, а выходные клеммы, формирующие постоянный ток, — к звену постоянного тока инвертора. Выходное напряжение рекуператора стабилизируется системой управления на заданном уровне при изменении напряжения питающей сети и колебаниях тока нагрузки.

На рис. 1.2.27 показаны диаграммы фазных сетевых токов и фазных сетевых напряжений в режиме потребления энергии (а) и в режиме рекуперации (б). Из графика а видно, что ток фазы питающего на-

a

б

пряжения (/_л) и напряжение фазы (t^) совпадают по фазе основной гармоники, при этом выходное напряжение сохраняется при набросе (левая часть графика) и сбросе (правая часть графика) нагрузки.

Режим рекуперации энергии показан на рис. 1.2.27, б. Из представленного графика видно, что при переходе двигателя из режима потребления энергии в генераторный режим фаза тока относительно фазы напряжения «переворачивается».

В составе рекуператора установлен пропорционально-интегрирующий (ПИ) регулятор в контуре управления величиной напряжения и два пропорционально-интегрирующих регулятора в контурах управления активной и реактивной составляющих тока. Входным сигналом регулятора напряжения является уровень постоянного напряжения U_dc, в соответствии с величиной которого формируется значение активной составляющей потребляемого тока I_xv Величина реактивной составляющей потребляемого тока 1_у£ вычисляется из величины тока I_xz и тангенса угла сдвига между током и напряжением. При нулевом сдвиге между током и напряжением рекуператор осуществляет обмен с питающей сетью только активной составляющей энергии. Имеющийся в составе рекуператора узел ориентации запоминает текущие мгновенные значения напряжений трехфазной сети (по каждой фазе в отдельности), и исходя из этихданных, вычисляеттекущее угловое положение вектора A_ug, а также его амплитуду U_gm и угловую частоту (рис. 1.2.28).

Преобразователь координат (№ 1) выполняет преобразование фазных токов статора ABC в систему координат XY ортогонального типа, ориентированную по вектору напряжения. Далее, преобразователь координат (№ 2) трансформирует подвижную систему координат XY в неподвижную UV, синхронизированную с фазой А входного сетевого напряжения. Далее, векторный модуль преобразует полученный сигнал в широтно-модулированные импульсы управления силовыми ключами инвертора.

Технические характеристики рекуперативных блоков приведены в табл. 1.2.1.

Таблица 1.2.1. Основные характеристики рекуперативных блоков

Типоисполнение рекуперативного блока	ЭПВ-Р-ТППТ- 32-380-600	эпв-р-тппт- 63-380-600	эпв-р-тппт- 100-380-600
Номинальный выходной ток, А	32,0	63,0	100,0
Максимальный выходной ток, А	64,0	126,0	180,0
Ток срабатывания максимально-токовой защиты, А	80,0	160,0	195,0
Суммарная допускаемая мощность нагрузки, кВт	15,0	30,0	55,0
Номинальное напряжение питающей сети, В	380 (+10/-15 %)
Частота питающей сети, Гц	48…63
Номинальное выходное постоянное напряжение, В	600
Диапазон изменения выходного напряжения, В	580…650
Точность стабилизации выходного напряжения, %	Менее 5
Номинальная частота модуляции, Гц	5000
Диапазон изменения частоты модуляции, Гц	3500…10 000 с шагом 500
КПД в режиме потребления тока при номинальной нагрузке, %	94,0
Габаритные размеры, мм	230 x 400 x 230	410x 500x 250
Охлаждение	Принудительное, воздушное

Реализованы следующие виды защит: от коротких замыканий по выходу, от замыканий силовых шин на корпус, максимально-токовая защита, защита от перенапряжений, защита от исчезновения или недопустимого понижения напряжения сети, защита от сбоя синхронизации с сетью, защита от недопустимых отклонений напряжений цепей питания узла управления, защита от перегрева инвертора, защита от сбоев в системе управления.

Источник: Семенов Б. Ю. Силовая электроника: профессиональные решения. — М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2011. — 416 c.: ил.

Ошибка 404. Страница не найдена!

Ошибка 404. Страница не найдена!

К сожалению, запрошенная вами страница не найдена на портале. Возможно, вы ошиблись при написании адреса в адресной строке браузера, либо страница была удалена или перемещена в другое место.

Преобразователи частоты — Рекуперация электроэнергии

Преобразователи частоты — Рекуперация электроэнергии

Современная преобразовательная техника позволяет получать экономию электроэнергии не только от оптимизации управления электродвигателями, но и имеет возможность давать дополнительную экономию за счет рекуперации электроэнергии.

Рекупера́ция(от лат. recuperatio «обратное получение»)возвращение части материалов или энергии для повторного использования в том же технологическом процессе.

Вместе с преобразователями частоты, могут быть применены модули рекуперации. Они применяются при управлении кинематическими системами, накапливающими при разгоне и торможении большое количество энергии.

Применение модулей рекуперации позволяет в процессе торможения вернуть в сеть механическую энергию с вала двигателя.

 

Модуль рекуперации подключается входом к звену постоянного тока, а выходом непосредственно, к питающей частотный преобразователь сети. Если к звену постоянного тока подключено несколько преобразователей, то достаточно одного модуля рекуперации.

Существуют преобразователи частоты, которые представляет собой инвертор со встроенной функцией возврата запасенной энергии от двигателя в сеть.

Идея возврата энергии в сеть, позволяет отказаться от громоздких тормозных резисторов и значительно увеличить скорость торможения двигателя.

При этом преобразователь частоты обеспечивает работу в режимах управления двигателем или рекуперации энергии без применения дополнительного оборудования, что в свою очередь обеспечивает:

1. Сохранение рабочего пространства – не требуется дополнительного оборудования (тормозной модуль, тормозные резисторы) для эффективного торможения двигателя

2. Сохранение энергии и расходов – рекуперируемая преобразователем частоты энергия возвращается обратно в питающую сеть

3. Нет выделения тепла, так как тормозные резисторы не применяются.

Преобразователи частоты с рекуперацией электроэнергии в сеть, чаще всего используют для решения задач, связанных с циклически чередующимися процессами ускорения и замедления.

Основные области применения таких преобразователей:

• Бумагоделательные машины
• Линии металлообработки
• Конвейеры
• Эскалаторы (к примеру, в больших торговых центрах или же метро, один эскалатор работает на подъем другой на спуск при этом второй работает в генераторном режиме (торможение), всю эту энергию торможения можно рекуперировать в сеть (использовать для питания первого двигателя))
• Разматыватели
• Электрошпиндели
• Канатные дороги
• Подъемные краны и подъёмники, лифты
• Центрифуги
• Оборудование для порезки стекла, картона и метала
• Горнодобывающая промышленность
• Возобновляемые источники энергии (ветряные электростанции, гидроэлектростанции, солнечные электростанции)

 

Иными словами можно сказать, что такой источник бесплатной электроэнергии приобретает особое экономическое значение в период постоянного роста стоимости электроэнергии и значительно сокращает сроки окупаемости преобразователя частоты.