Der Lieferant der Bremsanlage für Frequenzumrichter weist darauf hin, dass die Drehzahlreduzierung in Frequenzumrichter-Drehzahlregelungssystemen grundsätzlich durch schrittweises Verringern der vorgegebenen Frequenz erfolgt. Bei hoher Trägheit des Bremssystems kann die Motordrehzahl nicht mit der Drehzahl des Synchronmotors Schritt halten, d. h. die tatsächliche Motordrehzahl ist höher als die Synchrondrehzahl. In diesem Fall verläuft die Richtung der Magnetfeldlinien, die von der Rotorwicklung des Motors geschnitten werden, genau entgegengesetzt zur Richtung im Konstantdrehzahlbetrieb. Auch die Richtung der induzierten elektromotorischen Kraft und des Stroms in der Rotorwicklung ist entgegengesetzt zur Drehrichtung des Motors, wodurch ein negatives Drehmoment entsteht. Der Motor fungiert in diesem Zustand als Generator, und das System befindet sich im Zustand der regenerativen Bremsung. Die kinetische Energie des Bremssystems wird in den Zwischenkreis des Frequenzumrichters zurückgespeist, was zu einem kontinuierlichen Anstieg der Zwischenkreisspannung und sogar zu einem gefährlichen Wert (z. B. Beschädigung des Frequenzumrichters) führt.
Funktionsprinzip der Bremsanlage
Die Bremseinheit besteht aus einem Hochleistungstransistor GTR und seiner Ansteuerschaltung. Ihre Funktion besteht darin, eine externe Bremskomponente hinzuzufügen, um die Nutzung der zurückgewonnenen elektrischen Energie zu beschleunigen, wenn der Entladestromzwischenkreiskondensator die Energie nicht innerhalb des vorgegebenen Spannungsbereichs speichern kann oder der interne Bremswiderstand sie nicht rechtzeitig verbrauchen kann, was zu einer Überspannung im Gleichstromteil führt.
In bestimmten Anwendungen ist eine schnelle Verzögerung erforderlich. Gemäß dem Prinzip von Asynchronmotoren gilt: Je größer der Schlupf, desto größer das Drehmoment. Entsprechend steigt das Bremsmoment mit zunehmender Verzögerungsrate, was die Verzögerungszeit des Systems erheblich verkürzt, die Energierückführung beschleunigt und einen raschen Anstieg der Zwischenkreisspannung verursacht. Daher muss die Rückführungsenergie schnell abgeführt werden, um die Zwischenkreisspannung in einem sicheren Bereich zu halten. Die Hauptfunktion des Bremssystems besteht darin, die Energie (die durch den Bremswiderstand in Wärmeenergie umgewandelt wird) schnell abzuführen. Es kompensiert effektiv die Nachteile der geringen Bremsgeschwindigkeit und des niedrigen Bremsmoments (≤ 20 % des Nenndrehmoments) herkömmlicher Frequenzumrichter und eignet sich besonders für Anwendungen, bei denen schnelles Bremsen bei niedriger Frequenz erforderlich ist.
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.
Die Funktion der Bremsanlage
1. 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 in der Wechselrichterstufe durch eine dreiphasige, vollgesteuerte Brücke gleichgerichtet. Diese Brücke besteht aus sechs wechselrichterspezifischen Energierückkopplungseinheiten und Freilaufdioden und erhöht kontinuierlich die Zwischenkreisspannung im Wechselrichter.
2. Wenn die Gleichspannung eine bestimmte Spannung erreicht (die Anlaufspannung der Bremseinheit), öffnet sich der Leistungsschalter der Bremseinheit und es fließt Strom durch den Bremswiderstand.
3. Der Bremswiderstand gibt Wärme ab, absorbiert regenerative Energie, reduziert die Motordrehzahl und senkt die Gleichspannung des Frequenzumrichters.
4. Sobald die Gleichspannung im Zwischenkreis auf einen bestimmten Wert (Abschaltspannung der Bremsanlage) absinkt, schaltet der Leistungstransistor der Bremsanlage ab. In diesem Fall fließt kein Bremsstrom mehr durch den Widerstand, und der Bremswiderstand gibt auf natürliche Weise Wärme ab, wodurch sich seine Temperatur reduziert.
5. 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.