Wer sich mit Kran-Frequenzumrichtern auskennt, weiß, dass an Kranen immer Bremswiderstände zu finden sind. Manche nennen sie auch Bremswiderstände. Warum? Welche Rolle spielen sie im elektrischen System eines Krans? Einige Krane verfügen außerdem über eine sogenannte Bremseinheit (Bremschopper). Was ist das? In welchem Verhältnis stehen sie zum Bremswiderstand? Heute werden wir die Funktionen und Funktionsweisen von Bremswiderständen und Bremseinheiten detailliert erläutern.
Bremsanlage für Kranfrequenzumrichter
Der Bremswiderstand, dessen Funktion ich in einem Wort zusammenfassen möchte, ist „Erwärmung“. Fachsprachlich ausgedrückt: Er wandelt elektrische Energie in Wärmeenergie um und verbraucht diese.
Bremswiderstände lassen sich hinsichtlich ihrer Bauart in viele verschiedene Typen unterteilen, darunter gewellte Bremswiderstände, Bremswiderstände mit Aluminiumgehäuse, Bremswiderstände aus Edelstahl usw. Die Wahl des passenden Typs hängt von den jeweiligen Einsatzbedingungen ab. Jeder Typ hat seine spezifischen Vor- und Nachteile.
Seine Funktion lässt sich auch mit einem Wort zusammenfassen: „Schalter“. Ja, es handelt sich tatsächlich um einen hochentwickelten Schalter. Anders als herkömmliche Schalter ist er intern ein Hochleistungstransistor vom Typ GTR. Er kann hohe Ströme leiten und mit hoher Frequenz ein- und ausgeschaltet werden, und zwar innerhalb von Millisekunden.
Nachdem wir uns einen allgemeinen Überblick über den Bremswiderstand und die Bremsanlage verschafft haben, schauen wir uns nun deren Schaltplan mit dem Frequenzumrichter an.
Bremsanlage für Kranfrequenzumrichter
Im Allgemeinen verfügen Wechselrichter mit geringer Leistung über eine eingebaute Bremseinheit, sodass der Bremswiderstand direkt an die Klemmen des Wechselrichters angeschlossen werden kann.
Lassen Sie uns zunächst zwei Wissenspunkte verstehen.
Zunächst einmal beträgt die normale Zwischenkreisspannung des Frequenzumrichters ca. 540 V Gleichstrom (380-V-Modell). Im Generatorbetrieb des Motors überschreitet die Zwischenkreisspannung 540 V, wobei ein maximal zulässiger Wert von 700–800 V erreicht werden kann. Wird dieser Maximalwert dauerhaft oder wiederholt überschritten, kann der Frequenzumrichter beschädigt werden. Um eine Überspannung der Zwischenkreisspannung zu vermeiden, werden daher Bremseinheiten und Bremswiderstände zur Energiereduzierung eingesetzt.
Zweitens gibt es zwei Situationen, in denen der Motor vom elektrischen Zustand in den Generatorzustand übergehen kann:
A. Schnelle Verzögerung oder zu kurze Verzögerungszeit bei hohen Massenträgheitslasten.
B、 Immer im Stromerzeugungsmodus, wenn die Last angehoben und abgesenkt wird.
Beim Hebemechanismus eines Krans bezeichnet dies den Zeitpunkt, an dem die Verzögerung beim Heben und Senken aufhört und der Motor während des Absenkens schwerer Lasten im Leistungsbetrieb arbeitet. Den Translationsmechanismus können Sie sich selbst vorstellen.
Der Wirkungsablauf der Bremsanlage:
a) Wenn der Elektromotor unter dem Einfluss einer äußeren Kraft abbremst, arbeitet er im Generatorbetrieb und erzeugt dabei Rückspeisungsenergie. Die von ihm erzeugte dreiphasige Wechselspannung wird im Wechselrichterteil des Frequenzumrichters mittels einer dreiphasigen, vollgesteuerten Brücke, bestehend aus sechs Freilaufdioden, gleichgerichtet. Dadurch erhöht sich kontinuierlich die Gleichspannung im Zwischenkreis des Frequenzumrichters.
b) Wenn die Gleichspannung eine bestimmte Spannung erreicht (die Anlaufspannung der Bremseinheit, z. B. DC690V), öffnet sich der Leistungsschalter der Bremseinheit und der Strom fließt zum Bremswiderstand.
c) Der Bremswiderstand gibt Wärme ab, absorbiert regenerative Energie, reduziert die Motordrehzahl und senkt die Gleichspannung des Frequenzumrichters.
d. Wenn die Gleichspannung im Zwischenkreis auf einen bestimmten Wert (z. B. 690 V DC) absinkt, schaltet der Leistungstransistor der Bremseinheit ab. In diesem Fall fließt kein Bremsstrom mehr durch den Widerstand, und der Bremswiderstand gibt Wärme ab, wodurch seine Temperatur sinkt.
e) Wenn die Spannung des DC-Busses wieder ansteigt, um die Bremsanlage zu aktivieren, wiederholt die Bremsanlage den oben beschriebenen Vorgang, um die Busspannung auszugleichen und den normalen Betrieb des Systems zu gewährleisten.
Aufgrund des kurzzeitigen Betriebs der Bremseinheit, d. h. der Einschaltzeit ist jedes Mal sehr kurz, ist der Temperaturanstieg während des Einschaltens alles andere als stabil. Die Zeitspanne nach jedem Einschalten ist hingegen lang genug, um die Temperatur auf Umgebungstemperatur abzusinken. Dadurch wird die Nennleistung des Bremswiderstands deutlich reduziert, was wiederum die Kosten senkt. Da zudem nur ein IGBT mit einer Bremszeit im Millisekundenbereich verwendet wird, müssen die Ein- und Ausschaltkennwerte des Leistungstransistors niedrig sein. Auch die Ausschaltzeit muss möglichst kurz sein, um die Abschaltimpulsspannung zu minimieren und den Leistungstransistor zu schützen. Der Steuermechanismus ist relativ einfach und leicht zu implementieren. Aufgrund dieser Vorteile findet die Bremseinheit breite Anwendung bei potenziellen Energielasten wie Kränen und überall dort, wo schnelles Bremsen für kurze Zeit erforderlich ist.