انرژی ترمز و احیای آن (ریجنریتیو) با اینورتر AC بخش دوم

آیا یونیت های ریجنریتیو وانواع روش های ریجنریتیو را میشناسید؟

درایوهای اسپیندل، سانتریفیوژهای شکر، بالابرها، جرثقیلها، آسانسورها ، و سکوهای آزمون دینامومتر گشتاور می توانند از طریق استفاده از یونیت های ریجنریتیو (احیا کننده)، در انرژی حاصل از کار و استوپ دستگاه‌ها انرژی سیوینگ ویژه ای ایجاد نمایند، کاهش سرعت با بار اینرسی بالا و تعمیرات اساسی گشتاور صرفه‌جویی کنند و جایگزین بسیار خوبی است برای مقاومت ترمز. در کاربرد های فوق،سالانه با ذخیره‌ی 54% از انرژی  تست شده است و نتیجه گرفته شده است.

انرژی ترمز و احیای آن (Regenerative) با اینورتر AC بخش اول

تعریف کلی ریجنریتیو:

هنگامی که یک موتور الکتریکی با درایو فرکانس متغیر (VFD) بکار انداخته می‌شود،

قدرت برق ارائه شده به موتور درصورتی به ریجنریتیو تبدیل می‌شود

که موتور از طریق اعمال گشتاور منفی به محور موتور کاهش سرعت پیدا کند.

معمولا ظرفیت ذخیره سازی انرژی در داخل درایو فرکانس متغیر (VFD) بسیار محدود است،

بنابراین انرژی ریجنریتیو باید یا به شبکه بازگردد و یا به سرعت توسط مقاومت ترمز (Dynamic braking resistors) مصرف و تبدیل به گرما شود.

در غیر این صورت، باس DC  بیش ازحد شارژ خواهد شد و مشکل اضافه ولتاژ رخ خواهد داد (over voltage) .

همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است،

مقاومت ترمز دینامیک به دلیل سادگی و هزینه نصب و راه اندازی پایین ، به طور گسترده ای،  برای تبدیل انرژی ریجنریتیو به گرمای اتلاف شده، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اما یک یونیت ریجنریتیو فرصت قابل توجهی را برای صرفه‌ جویی در هزینه‌ ی انرژی فراهم می کند،

به خصوص در برنامه هایی که نیاز به استارت و استپ مکرر، کاهش شتاب با بار اینرسی بالا و تعمیرات اساسی گشتاور دارند.

چنین برنامه هایی شامل اسپیندل درایوها، سانتریفیوژها، بالابر، جرثقیل، آسانسور و سکوهای آزمون دینامومتر گشتاور می‌شوند.

هزینه برق به ازای هر کیلووات ساعت همواره گرانتر می‌شود.

پس بهتر است برای درک برآورد صرفه جویی در هزینه انرژی به بررسی اصول اولیه واحدهای ریجنریتیو بپردازیم.

سه نوع مختلف سیستم های ریجنریتیو (احیا کننده) در بازار ایران در دسترس هستند و  گروه مهندسی الکترومارکت  قادر به طراحی و اجرای هر سه مدل میباشد.

ویژگی های اساسی و توپو لوژی قدرت نیز توضیح داده شده و مورد مقایسه قرار گرفته‌اند.

روش های استاندارد اجرای سیستم ریجنریتیو در دنیا:

1- یونیت ریجنریتیو

“بر خلاف تفکر عموم یونیت ریجنریتیو راه‌ حلی مقرون به صرفه تر از مقاومت ترمز است که می توان آن را  جایگزین یونیت داینامیک بریک و مقاومت ترمز داینامیکی نمود.

این یونیت، انرژی برگشت شده اضافی را از اینورتر VFD جذب کرده و آن را به منبع برق متناوب شبکه (AC) برمی‌گرداند.

شکل 2 نشان دهنده‌ی جریان انرژی ریجنریتیو از موتور به شبکه با استفاده از یک یونیت ریجنریتیو در سمت چپ، و مدار قدرت شماتیک با سوئیچ قدرت در سمت راست می با‌شد.

توصیه میشود مطالعه شود:ترسیم کاربردی برنامه های درایو مبنی بر سرعت و گشتاور

در طول کار موتور، اینورتر بدون نیاز به مبدل احیا کننده در جریان برق اصلی، برق را فراهم ‌می‌کند.

بنابراین هیچ هدر رفت رسانشی در یونیت ریجنریتیو در طول کار موتور وجود ندارد.

یونیت ریجنریتیو وقتی فعال می شود که انرژی احیا کننده‌، لینک DC بر سر خازن های اینورتر را شارژ کند (افزایش ولتاژ).

مبدل احیا کننده، انرژی ذخیره شده در خازن DC را به شبکه باز‌میگرداند.

اندازه و ابعاد یونیت ریجنریتیو به اندازه و ابعاد اینورتر VFD، نوع بار و ولتاژ موتور، و چرخه کار بستگی دارد.

روش کنترل 6 پالسه نیز با 6 گام برای پایین نگه داشتن میزان هدر رفت سوئیچینگ برق در دستگاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 برای مواردی که نیاز به رمپ استپ کوتاه با توجه به اینرسی بالای سیستم دارند.

مثل سانتریفیوژ های شکر، یونیت ریجنریتیو به طور قابل توجهی می تواند به بهبود بهره وری سیستم و کاهش هزینه های برق کمک کند

2- مبدل PWM سینوسی

مبدل مدولاسیون پهنای پالس سینوسی (PWM) راه حلی با کارایی بالا است که برای تنظیم ولتاژ باس DC در هر دو شرایط موتورینگ و ریجنریتیو طراحی شده است.

شکل موج جریان مبدل  PWM سینوسی در سمت شبکه با اعوجاج هارمونیکی بسیار پایینی (پرفکت هارمونی) سینوسی شده که حدود 5% اعوجاج هارمونیکی کل (THD) است.

این جریان طوری طراحی شده که به استاندارد IEEE519 برسد.

جریان ورودی نیز ازطریق همگام سازی (سنکرون) با ولتاژ شبکه ورودی، کنترل می‌شود و قادر است به ضریب قدرت ورودی واحد دست بیابد. این جریان به سری‌ های بین خطوط برق ورودی و VFD  متصل است. یک فیلتر AC مانند فیلتر LCL، ]القاگر (L) خازن (C) القاگر (L) [، به عنوان یک جزء خارجی و به منظور کاهش جریان هارمونیک AC استفاده می شود.

مبدل PWM سینوسی در شکل 3 برای برنامه های کاربردی که نیاز به جریان اعوجاج هارمونیکی بسیار پایین دارند ایده آل است

می تواند استاندارد محدودیت هارمونیک IEEE 519  را برآورده کند.

همچنین برای بار بالای تعمیراتی یا دستگاههایی که توقف مکرر دارند

مثل آسانسور،پله برقی ، سانتریفیوژ، آزمون استند، و دستگاه متحرک نیز ایده آل است.

]

 این امر می تواند به طور قابل توجهی هزینه های سیستم عامل ماشین آلات را توسط “بازیافت” انرژی اضافی و برگرداندن آن به شبکه برق کاهش دهد

یونیت ریجنریتیو  PWMسینوسی

بسیار کارآمد است زیرا بدون از دست دادن حرارت و مشکلات مکانی نصب مرتبط با مقاومت ترمز-به بازیافت انرژی میپردازد.

به عنوان نمونه، مبدل احیا کننده یک سویه، راه حل 6 مرحله ای کم هزینه ای است

که انطباق شکل موج جریان IEEE 519 را فراهم نمی کند.

(توضیحات اضافی، شکل‌ها و لینک‌های بیشتری را در لینک فوق مشاهده کنید)

3- مبدل ماتریس

مبدل ماتریس، مبدل برق  AC به AC است که ظرفیت موتورینگ و ریجنریتیو دارد.

پیشرفت تکنولوژی های اخیر در قدرت نیمه هادی و قدرت پردازش پردازنده (CPU) باعث شده‌اند

که ساخت محصولات تجاری ممکن شود. ویژگی های اساسی مبدل ماتریس عبارتند از:

• همه کاره بودن: که در آن ورودی AC به طور مستقیم به خروجی AC با فرکانس متغیر و توسط 9 سوئیچ دو طرفه تبدیل میشود. بنابراین توابع مربوط به یونیت ریجنریتیو سینوسی و  VFD ترکیب می شوند. این ویژگی باعث می شود که عملکرد موتور در موتورینگ و حالت ریجنریتیو بدون VFD اضافی انجام شود.
• خازن غیر الکترولیتی: نیاز به نگهداری در ماتریس مبدل کمتر است چرا که هیچ دیود یکسوساز و خازن الکترولیتی DC در جریان برق اصلی وجود ندارد. یک خازن الکترولیتی، بزرگ است و طول عمری کوتاه تر از سایر اجزاء دارد.
• هارمونیک های جریان با ورودی پایین: قابلیت کنترل جریان ورودی باعث می‌شود که ورودی هارمونیک جریان به طور قابل توجهی کاهش یابد. اعوجاج هارمونیکهای جریان ورودی در محدوده 5٪ تا 10٪ و تحت شرایط بار کامل قرار دارند. به منظور کاهش هارمونیک جریان 9 تغییر فاز ترانسفورماتور و 9 راکتور خط خارجی مورد نیاز است ، که بزرگ هستند.

اصلاح ضریب توان و فیلتر هارمونیکی

اندازه فشرده: اندازه فیزیکی مبدل ماتریس از سیستم مبدل اینورتر PWM سینوسی کوچکتر است.

این سیستم دارای قابلیت موتورینگ و قدرت احیا کنندگی بوده که شبیه قابلیت ماتریس مبدل می باشد.

توصیه میشود برای شناخت بهتر اینورتر و بهترین روش انتخاب اینورتر مقاله فوق را مطالعه فرمایید:

سریع ترین روش انتخاب و خرید اینورتر و الکتروموتور در Electromarket

ادامه این مقاله جذاب را در بخش سوم دنبال بفرمایید… انرژی ترمز و احیای آن (ریجنریتیو) با اینورتر AC بخش سوم

گروه مهندسی الکترومارکت در خدمت شما است.

مطالب الکترومارکت را در کانال تلگرام الکترومارکت دنبال کنید.

متشکرم که تا انتهای این مقاله با ما بودید راه های دیگر ریجنریتیو را که میشناسید و تجربه های شخصی خود را در قسمت نظرات بیان بفرمایید و در انتهای مقاله با ما به اشتراک بگذارید.