Внешний тормозной резистор для преобразователя частоты. Расчет тормозного сопротивления преобразователей частоты. Принцип действия тормозных модулей

Рекуперативное торможение на частотно-регулируемом приводе.

Вспомним устройство преобразователя частоты.

Рисунок 1 - Принципиальная схема силовой части ПЧ.

Трехфазное переменное напряжение ~380В, выпрямляется 6-пульсным выпрямителем и становится 537В постоянного тока. Далее, с помощью инвертора (ШИМ) это напряжение преобразуется обратно в переменное, но уже регулируемое по частоте и амплитуде.

Входные контакторы должны быть электрически подключены к катушкам контактора двигателя, которые, в свою очередь, должны управляться логической схемой тормоза. Цепь управления модулирует напряжение и управляет контактором и электропитанием платы. Большинство тормозов для впрыска постоянного тока также имеют задержки во времени. Это, наряду с контролем напряжения, стремится скомпрометировать скорость реакции на сигналы остановки; Фактически, торможение может задерживаться на пару секунд. Другая проблема: потеря напряжения может произойти с несбалансированными источниками напряжения, что вызывает временную одинаковую фазу трехфазной линии.

При торможении электропривода с высокоинерционной нагрузкой, двигатель может переходить в генераторный режим. Генерируемая при этом энергия возвращается в частотный преобразователь и выпрямляется на обратных диодах IGBT-транзисторов, следовательно растет напряжение на звене постоянного тока (ЗПТ). Часть этого напряжения (20-30%) может быть рассеяно на силовых элементах, на разрядных резисторах ЗПТ и др. Именно об этом и говорит характеристика преобразователя: «Тормозящий крутящий момент. ~ 20% без тормозного резистора». Однако, если этого не достаточно, то напряжение может вырасти до опасного значения. Чтобы избежать выхода из строя, преобразователь вынужден отключать выход и индицировать вам сообщение о неисправности: «OV» - over voltage - повышенное напряжение на звене постоянного тока. Порог срабатывания защиты от перенапряжения, как правило зависит от уставки входного напряжения.

Эти переходные условия могут влиять на логику тормозной схемы и являются хорошей причиной для надлежащего подключения тормозов к цепи контактора двигателя. Подключение тормоза в качестве интегрированной части схемы управления двигателем предотвратит неисправность, если тормоз настроен на автоматическое включение с потерей напряжения на выводе двигателя. Если нет, временные отключения электроэнергии, даже в течение нескольких секунд, могут привести к поломке двигателя и потере напряжения на выводах двигателя.

Торможение может затем обнаружить это условие в качестве преднамеренного сигнала остановки, и может начаться торможение постоянным током. Потенциальная смесь постоянного и переменного напряжения при восстановлении мощности будет катастрофической. Одна из альтернатив интеграции впрыскивающих тормозов постоянного тока в схему двигателя фактически стоит меньше, чем инвестиции в регулируемый привод скорости. Редукционные напряжения, твердотельные, плавные пускатели часто поставляются с тормозом впрыска постоянного тока в качестве опции; кремниевые выпрямители управляют обоими устройствами, поэтому тормоза являются естественной добавленной функцией.

Чтобы разрядить перенапряжение требуется внешний тормозной резистор, и силовой ключ который открывал бы цепь при повышенных значениях и закрывал при нормальных - чтобы энергия сети не рассеивалась на резисторах. Таким ключом является тормозной прерыватель. На преобразователях небольшой мощности примерно до 11кВт, используется один силовой модуль, объединяющий выпрямитель, инвертор, термодатчик и тормозной ключ (как на рисунке 1). На преобразователях большей мощности используется внешний прерыватель.

Электронное торможение обычно лучше работает с электродвигателями переменного тока, чем с типами постоянного тока. Во-первых, тормоза переменного тока не ограничены скоростью. Только характеристики двигателя, ток и напряжение ограничивают торможение трехфазного переменного тока. Они также способны развивать тормозной момент, равный их стартовому крутящему моменту.

Напротив, моторные тормоза с щеткой постоянного тока ограничены примерно 120% их полного крутящего момента. Это связано с ограничениями тока коммутации; коммутаторы и щетки, при работе на высоких скоростях, подвергаются переполнению, что может привести к потере коммутации и износу щеток. Электронное торможение также затруднено с двигателями с постоянными магнитами, ограниченными магнитным гистерезисом и возможной размагничиванием или потерей магнитной силы.

Как работает тормозной прерыватель.


Рисунок 2 - как работает тормозной прерыватель.

Ua - амплитудное значение напряжения

Uэф -эффективное значение напряжения

t - время открытия ключа прерывателя

T - переиод импульса ШИМ

tраб - время работы прерывателя

Разумеется, существует множество способов остановить вращающийся вал. Еще обычным является механическое торможение. По существу, тормоза трения соединены с валом двигателя, отключаясь, когда напряжение подается на обмотки двигателя. Снятие напряжения имеет противоположный эффект; он применяет тормоза.

Тормозные прерыватели и тормозные резисторы, незаменимые компоненты частотного преобразователя

Одним из недостатков этого подхода является то, что тормозные двигатели имеют тенденцию быть большими; многие приложения для модернизации или обновления не будут их размещать. Кроме того, механические тормоза не имеют регулировки крутящего момента и не будут работать, если двигатель питается от привода с регулируемой скоростью или с пониженным напряжением.

При достижении порога срабатывания, тормозной прерыватель открывает цепь импульсами ШИМ периодом Т (~20msec). Мощность рассеивания на резисторе Pрез за время работы прерывателя tраб будет равно площади под Uэф (заштрихованная область).

Pрез = Uэф^2 / Rрез = I^2 * Rрез.

Следовательно, регулируя значение открытия ключа t (~5msec) можно регулировать мощность рассеивания и ток протекающий через тормозной резистор. Значение t регулируется автоматически в зависимости от значения напряжения на звене постоянного тока. Чем выше напряжение на ЗПТ, тем больше время t и больше мощность рассеивания.

Запуск электродвигателя переменного тока через линию требует пускового тока, который может быть более чем в восемь раз больше нагрузочных усилителей двигателя. В зависимости от размера двигателя это может привести к значительному истощению системы распределения электроэнергии, и результирующее падение напряжения может повлиять на чувствительное оборудование.

Контроль пускового тока также может продлить срок службы двигателя, так как ток в линии пуска сокращает срок службы электродвигателей переменного тока. Сокращенные жизненные циклы особенно заметны в приложениях, требующих частого запуска и остановки. Возможность изменять скорость работы позволяет оптимизировать контролируемые процессы.

В качестве резисторов используют пожаростойкие проволочные резисторы с большой мощностью рассеивания. Сопротивление и мощность резисторов должна рассчитываться в соответствии с каждой решаемой задачей, однако у каждого производителя есть рекомендуемые значения, применяемые в большинстве решаемых задач. Однако для сложных задач, расчеты все-таки рекомендовано провести, например, продолжительное опускание груза краном.

Контролируемая остановка минимизирует потерю или потерю продукта, а также износ оборудования. Будет ли загрузка постоянной или переменной? Будут ли частые запуски и остановки, или операция будет непрерывной? Рассмотрим как крутящий момент, так и пиковый ток. Получите максимальный пиковый ток в самых тяжелых условиях эксплуатации.

Принцип действия тормозных модулей

Некоторые приложения испытывают временные условия перегрузки из-за нагрузочной нагрузки или начальных требований. Воздух разрушается на больших высотах, что снижает его охлаждающие свойства. Помните о требованиях к торможению. При умеренных инерционных нагрузках превышение напряжения во время торможения обычно не происходит. Однако, если тяжелая нагрузка должна быть быстро замедлилась, следует использовать динамический тормозной резистор.

Отличный пример расчета тормозных сопротивлений есть в «Технической коллекции Schneider Electric», называется «Выпуск № 7 Методика по силовому расчету частотнорегулируемых электроприводов крановых механизмов». К сожалению нет ссылки на их сайт, но в поиске находится легко по названию.

Существуют такие применения, где двигатель управляемый преобразователем частоты всегда работает в генераторном режиме, например, нагрузочные стенды. В таких системах эффективнее и экономичнее использовать блоки рекуперации энергии - устройства возвращающие энергию генератора в сеть. Такие блоки могут работать продолжительное время и существенно экономят электроэнергию.

Дискретными выходами могут быть транзистор, реле или частотный импульс. Релейные выходы обычно включают в себя устройства переменного тока и другое оборудование с собственной точкой заземления, так как контакты реле изолируют заземление внешнего оборудования.

Иногда для изоляции устройств с более высоким током используются один или несколько релейных выходов. Однако для приложений, требующих более высоких степеней регулирования скорости, могут потребоваться бессенсорные векторные или замкнутые типы управления. Такие приложения, как бумажные фабрики, печатные машины для печати или преобразования материалов, требуют дополнительного регулирования скорости, которое обеспечивает управление в замкнутом контуре.

Тормозные модули предназначены для рассеивания кинетической энергии, выделяемой преобразователем частоты при резком торможении приводного механизма. При торможении электродвигатель возвращает свою энергию назад в преобразователь частоты, то есть начинает работать в генераторном режиме (рекуперации), в результате чего происходит повышение напряжения в звене постоянного тока из-за выделения энергии, которая гасится с помощью тормозных резисторов.

Эти параметры программируются и могут быть выбраны с помощью клавиатуры оператора или цифровой связи. Понимание этих параметров является обязательным; руководства пользователя обычно предоставляют информацию, необходимую для выбора и программирования правильных профилей управления.

Однако для этого типа подключения могут потребоваться дополнительные адаптеры. Не допускайте установки и эксплуатации. Для поддержания температуры корпуса в заданных пределах может потребоваться вентиляция или охлаждение корпуса. Для определения максимальной ожидаемой температуры также должны быть проведены измерения температуры окружающей среды и расчеты.


Бесплатный звонок 8 800 350 02 06

Тормозной модуль представляет собой коммутационное устройство, предназначенное для перенаправления напряжения преобразователи частоты на резистор, который рассеивает энергию рекуперации в тепло. Как правило, тормозные модули работают в автоматическом режиме, если величина постоянного напряжения на шине преобразователя частоты оказывается больше установленного уровня.

Необходимо также принять меры предосторожности при эксплуатации. Следует избегать запуска стандартного асинхронного двигателя на низкой скорости в течение длительного периода времени, так как это может привести к тому, что температура двигателя превысит его номинальную мощность из-за ограниченного потока воздуха, создаваемого вентилятором двигателя.

Когда стандартный двигатель работает на низкой скорости, выходная нагрузка должна быть уменьшена. Если требуется 100% -ный выходной крутящий момент на низкой скорости, может потребоваться использовать номинальный двигатель с инверторной нагрузкой. Если чрезмерное, гармоники могут перегреться и повредить оборудование, трансформаторы и даже электропроводку.

Принцип действия тормозных модулей

При торможении асинхронные силовые агрегаты переходят в генераторный режим работы, при котором вырабатываемая ими энергия передается по цепи обратно в частотный преобразователь, что приводит к повышению напряжения. Если преобразователь обладает функционалом ограничения постоянного напряжения, он активизируется, приводя к росту выходной частоты, что отрицательно сказывается на скольжении мотора. Его торможение будет зависеть от того, насколько велики потери мощности в связке двигатель-преобразователь.

Активные гармонические фильтры проецируют сигнал гармонического тока, инвертируют его и подают инвертированный сигнал обратно в линию для противодействия гармоникам. Некоторые активные фильтры также имеют схемы динамического торможения, которые позволяют замедлению двигателя возвращать регенеративный ток на линию питания переменного тока.

Они также позволяют двигателю работать более холодным путем сглаживания текущего сигнала. В большинстве случаев в большинстве приложений частотный преобразователь управляет двигателем, подавая его энергией, которая затем заряжает нагрузку. Однако иногда поток энергии будет обратным, то есть от нагрузки, через двигатель, обратно к приводу. Это произойдет, если груз откажется от энергии, например, когда кран или лифт опускают груз, или, может быть, когда конвейер транспортирует материал под гору. Регенерация, как ее называют, также будет иметь место, если высокая инерционная нагрузка замедляется; в этом случае энергия, запасенная во вращающейся массе, течет обратно через двигатель к приводу.

Если экстренного торможения не требуется, наличия частотного преобразователя будет достаточно. В противном случае потребуется купить тормозные модули, обеспечивающие вместе с резистором эффективное торможение на протяжении короткого интервала времени.

При подключении тормозного модуля рекомендуется дополнительно устанавливать тепловое реле, которое препятствует перегреву резистора при длительном торможении и больших токовых нагрузках. Для предотвращения выхода из строя радиатора тормозного модуля вследствие перегрева используется реле, которое автоматически включается при превышении температуры радиатора 95°C.

Вентиляторы часто восстанавливаются при быстром замедлении. Конечно, если в системе есть значительное трение или имеются другие эффекты торможения, энергия, возвращаемая на привод, может быть значительно уменьшена. Однако, если регенерация значительна, энергия вернется к приводу. Если это произойдет, продолжение работы привода будет поддерживать напряжение на двигателе, поэтому будет присутствовать магнитный поток, но фаза токов будет меняться, поэтому энергия, то есть ток, будет поступать в привод от двигателя.

Динамическое торможение частотного преобразователя

Здесь он заряжает конденсатор, поэтому напряжение возрастает. Ток не может вернуться к питанию, поэтому, если регенерация продолжается, напряжение на конденсаторе будет продолжать расти. Теперь нет выходного напряжения и, следовательно, нет тока намагничивания, поэтому поток в двигателе разрушается, оставляя ротор и свободно вращаясь, без дополнительной энергии, возвращающейся в привод. Привод отключился от перенапряжения; это является симптомом слишком большой регенерации.

Преимущества тормозных прерывателей/резисторов от компании Industrial Electric Systems:

  • надежность, безопасность, долговечность;
  • способность противостоять коррозионным процессам;
  • отличный показатель эффективности рассеивания тормозной мощности;
  • невысокий уровень шума;
  • выгодные цены на тормозные модули.


Статьи по теме: