Flexibel DC energie-manager

Een apparaat met vele mogelijkheden

Frequentieregelaars zijn over het algemeen op een vergelijkbare manier opgebouwd. Allemaal hebben ze een gelijkrichter die de binnenkomende wisselspanning omzet naar een gelijkspanning. Deze spanning wordt na buffering weer omgezet in een wisselspanning, maar nu met een andere frequentie. Door deze opbouw kunnen aan de regelaar vrij gemakkelijk nieuwe functionaliteiten toegevoegd worden door gebruik te maken van het DC-gedeelte. De nieuwe dynamische energie-manager DSM 4.0 van Michael Koch is hierop gebaseerd.

Elektrische aandrijvingen worden vandaag de dag bijna allemaal aangestuurd vanuit een frequentieregelaar. Dit apparaat bestaat in basis uit drie onderdelen. Als eerste is dat een gelijkrichter die de één of driefase wisselspanning omzet in een DC-spanning waar de rest van de elektronica op werkt. Om van de ruwe gelijkgerichte wisselspanning een nettere DC-spanning te maken, bestaat het tweede deel uit een buffercondensator die voor de afvlakking zorgt. Hierna vinden we het gedeelte dat de DC-spanning weer omzet in de uiteindelijke driefase wisselspanning waarmee de motor aangestuurd wordt. Van deze wisselspanning is de frequentie en de fasevolgorde regelbaar om zo de richting en snelheid van de motor te kunnen sturen.
Zoals in figuur 1 te zien is, vormt de buffercondensator het hart van de frequentieregelaar en precies daar zorgt de DSM 4.0 van Michael Koch GmbH voor de energiebalans.

De vriend van de DC-koppeling
Zoals al gezegd maakt de buffercondensator in het DC-gedeelte van de regelaar van een ruwe gelijkgerichte spanning een veel nettere DC-spanning, maar een echte gelijkspanning kan hij er nooit van maken. Zeker als de regelaar zwaar belast wordt, dan neemt de rimpel in de DC-spanning aanzienlijk toe. De buffercondensator kan over het algemeen de gelijkspanning ook niet op niveau houden als de regelaar heel even zeer zwaar belast wordt. Voor zeer snelle belastingswisselingen zijn namelijk snelle condensatoren nodig met veel energie-inhoud.
Grote buffercondensatoren hebben op de ingangsstroom grote gevolgen. We hebben het dan met name over de inschakelstroom die bij een grote buffercapaciteit zeer groot kan zijn. Met name hierom wordt voor de buffercapaciteit een gemiddelde waarde gekozen die dusdanig is dat in de meeste gevallen de regelaar probleemloos werkt.
De dynamische energie-manager DSM 4.0 mag beschouwd worden als een speciale buffercondensator die elektronisch geregeld wordt en mogelijkheden biedt die een normale buffercondensator nooit zal geven. De DSM 4.0 is dan ook direct verbonden met de DC-bus van de regelaar, parallel aan de buffercondensator (figuur 2). Afhankelijk van de wensen worden op de DSM 4.0 aluminium elektrolytische condensatoren, supercaps of trage loodaccu’s aangesloten van waaruit de energie komt om de DC-spanning van de regelaar op peil te houden (figuur 3). Daarbij kan hij continue 20 A leveren en 60 A bij pieken tot zes seconden. Is dit niet genoeg, dan kunnen probleemloos meerdere energie-managers parallel geschakeld worden om zo de prestaties te vergroten. Het vermogensbereik van een enkel apparaat van 27 kW is zo te vergroten tot maximaal 100 kW (figuur 4).