A fékezőegység-beszállítók emlékeztetnek arra, hogy az ipari automatizálási gyártás fejlődésével a frekvenciaváltók használatának gyakorisága egyre növekszik. A maximális termelési hatékonyság elérése érdekében gyakran szükség van a frekvenciaváltók támogató berendezéseinek, például az energiafogyasztó fékezőegységek és a fékellenállások bővítésére a termelési hatékonyság javítása érdekében. A frekvenciaváltókban található energiafogyasztó fékezés jellemzői, hiányosságai és összetétele alapján ez a cikk a frekvenciaváltókban található energiafogyasztó fékezőegységek és fékellenállások optimalizálási kiválasztási módszereit elemzi.
1. A frekvenciaváltó fékezésének energiafogyasztása
Az energiafogyasztású fékezéshez használt módszer egy fékezőegység-komponens telepítése a frekvenciaváltó egyenáramú oldalára, amely a fékezőellenálláson visszatáplált elektromos energiát fogyasztja a fékezés eléréséhez. Ez a legközvetlenebb és legegyszerűbb módja a visszatáplált energia feldolgozásának. Az ellenálláson visszatáplált energiát egy erre a célra szolgáló energiafogyasztású fékező áramkörön keresztül fogyasztja, és hőenergiává alakítja. Ezt az ellenállást ellenállásfékezésnek nevezik.
Az energiafogyasztású fékezés jellemzői az egyszerű áramkör és az alacsony ár. A fékezési folyamat során azonban a motor fordulatszámának csökkenésével a hajtásrendszer mozgási energiája is csökken, ami a motor regeneratív kapacitásának és fékezőnyomatékának csökkenéséhez vezet. Ezért a nagy tehetetlenségű fékrendszerekben gyakran előfordul az alacsony sebességnél jelentkező "kúszás" jelensége, ami befolyásolja a parkolási idő vagy pozíció pontosságát. Ezért az energiafogyasztású fékezés csak általános terhelésű parkolás esetén alkalmazható. Az energiafogyasztású fékezés két részből áll: a fékezőegységből és a fékellenállásból.
(1) Fékezőegység
A fékezőegység funkciója az energiaelnyelő áramkör csatlakoztatása, amikor az egyenáramú áramkör Ud feszültsége meghaladja a megadott határértéket, lehetővé téve az egyenáramú áramkör számára, hogy a fékellenálláson való áthaladás után hőenergia formájában energiát szabadítson fel. A fékezőegység két típusra osztható: beépített és külső. A beépített típus kis teljesítményű, általános célú frekvenciaváltókhoz, míg a külső típus nagy teljesítményű frekvenciaváltókhoz vagy speciális fékezési követelményeket támasztó munkakörülményekhez alkalmas. Elvileg nincs különbség a kettő között. A fékezőegység "kapcsolóként" szolgál a fékezőellenállás csatlakoztatására, amely egy teljesítménytranzisztort, egy feszültségmintavételező összehasonlító áramkört és egy meghajtó áramkört tartalmaz.
(2) Fékező ellenállás
A fékezőellenállás egy olyan hordozó, amely a villanymotor regeneratív energiáját hőenergia formájában fogyasztja, amely két fontos paramétert foglal magában: az ellenállás értékét és a teljesítménykapacitást. A mérnöki tudományokban két gyakran használt ellenállástípus a hullámosított ellenállás és az alumíniumötvözet ellenállás: a hullámosított ellenállások felületi függőleges hullámosítást használnak a hőelvezetés elősegítésére és a parazita induktivitás csökkentésére, míg a nagy lángállóságú szervetlen bevonatokat az ellenállásvezetékek öregedés elleni hatékony védelmére és élettartamuk meghosszabbítására választják ki; Az alumíniumötvözet ellenállások jobb időjárásállósággal és rezgésállósággal rendelkeznek, mint a hagyományos porcelánvázas ellenállások, és széles körben használják őket zord környezetben, magas követelményekkel. Könnyen szorosan telepíthetők, könnyen rögzíthetők a hűtőbordák, és szép megjelenésűek.
Az energiafogyasztásos fékezés folyamata a következő: amikor a villanymotor külső erő hatására (beleértve a vontatást is) lassít vagy irányváltásba kezd, a villanymotor generátoros állapotban működik, és az energia visszatáplálódik az egyenáramú áramkörbe, aminek következtében a sínfeszültség megemelkedik; A fékezőegység mintát vesz a sínfeszültségből. Amikor az egyenáramú feszültség eléri a fékezőegység által beállított vezetési értéket, a fékezőegység teljesítménykapcsoló csöve vezetővé válik, és áram folyik át a fékellenálláson; A fékezőellenállás az elektromos energiát hőenergiává alakítja, csökkentve a motor fordulatszámát és az egyenáramú sínfeszültséget; Amikor a sínfeszültség a fékezőegység által beállított határértékre esik, a fékezőegység kapcsolóteljesítmény-tranzisztora lekapcsol, és nem folyik át áram a fékellenálláson.
A fékezőegység és a frekvenciaváltó, valamint a fékezőegység és a fékellenállás közötti vezetékezési távolságnak a lehető legrövidebbnek kell lennie (2 m-nél rövidebb vezetékhosszal), és a vezeték keresztmetszetének meg kell felelnie a fékezőellenállás kisülési áramára vonatkozó követelményeknek. Amikor a fékezőegység működik, a fékellenállás nagy mennyiségű hőt termel. A fékezőellenállásnak jó hőelvezetési feltételekkel kell rendelkeznie, és a fékezőellenállás csatlakoztatásához hőálló vezetékeket kell használni. A vezetékek nem érintkezhetnek a fékellenállással. A fékellenállást szigetelőbetétekkel szilárdan kell rögzíteni, és a beépítési helyzetnek biztosítania kell a jó hőelvezetést. A fékellenállás szekrénybe történő telepítésekor a frekvenciaváltó szekrényének tetejére kell felszerelni.
2. Fékezőegység kiválasztása
Általánosságban elmondható, hogy egy villanymotor fékezésekor a motoron belül bizonyos mértékű veszteség keletkezik, ami a névleges nyomaték körülbelül 18–22%-a. Ezért, ha a szükséges féknyomaték a motor névleges nyomatékának 18–22%-ánál kisebbnek adódik, akkor nincs szükség fékberendezés csatlakoztatására.
Fékezőegység kiválasztásakor a fékezőegység maximális üzemi árama az egyetlen választási alap.
3. A fékellenállás optimalizált kiválasztása
A fékezőegység működése során az egyenáramú buszfeszültség emelkedése és csökkenése az RC állandótól függ, ahol R a fékezőellenállás ellenállási értéke, C pedig a frekvenciaváltó belső kondenzátorának kapacitása.
A fékellenállás ellenállási értéke túl magas, ami lassú fékezést okoz. Ha túl kicsi, a fékkapcsoló alkatrészei könnyen megsérülhetnek. Általában, ha a terhelés tehetetlensége nem túl nagy, a motor fékezés közbeni energiafogyasztásának akár 70%-át is a fékellenállás, a 30%-át pedig a motor és a terhelés különféle veszteségei teszik ki.
Az alacsony frekvenciájú fékezésnél a fékellenállás elnyelt teljesítménye általában a motorteljesítmény 1/4-e és 1/5-e között van, és a gyakori fékezés során növelni kell a elnyelt teljesítményt. Néhány kis kapacitású frekvenciaváltó belső fékellenállásokkal van felszerelve, de nagy frekvenciájú vagy gravitációs terhelés esetén a belső fékellenállások hőelvezetése nem elegendő, és hajlamosak a károsodásra. Ebben az esetben nagy teljesítményű külső fékellenállásokat kell használni. Minden típusú fékellenállásnak alacsony induktivitással rendelkező szerkezetű ellenállásokat kell használnia; A csatlakozóvezetéknek rövidnek kell lennie, és sodrott érpáras vagy párhuzamos vezetéket kell használni. Alacsony induktivitással kapcsolatos intézkedéseket kell tenni annak megakadályozására és csökkentésére, hogy az induktivitás energiája a fékkapcsoló csőhöz jusson, ami a fékkapcsoló cső károsodását okozhatja. Ha az áramkör induktivitása nagy, az ellenállása pedig kicsi, az a fékkapcsoló cső károsodását okozza.
A fékezési ellenállás szorosan összefügg a villanymotor lendkeréknyomatékával, és a villanymotor lendkeréknyomatéka üzem közben változik. Ezért nehéz pontosan kiszámítani a fékezési ellenállást, és általában egy hozzávetőleges értéket kapunk empirikus képletek segítségével.
RZ>=(2 × UD)/A képletben: Ie a frekvenciaváltó névleges árama; UD a frekvenciaváltó egyenáramú buszfeszültsége
A fékellenállás rövid távú üzemmódja miatt, az ellenállás jellemzői és műszaki adatai alapján, a változtatható frekvenciájú sebességszabályozó rendszerben a fékellenállás névleges teljesítménye általában a következő képlettel számítható ki:
PB=K × Pav × η%, ahol PB a fékezőellenállás névleges teljesítménye; K a fékezőellenállás csökkenési együtthatója; Pav az átlagos teljesítményfelvétel fékezés közben; η a fékezés kihasználtsági aránya.
A fékellenállások ellenállási szintjének csökkentése érdekében a különböző frekvenciaváltó-gyártók gyakran azonos ellenállásértékű fékellenállásokat biztosítanak a különböző motorteljesítményekhez. Ezért a fékezési folyamat során elért fékezőnyomatékbeli különbség jelentős. Például az Emerson TD3000 sorozatú frekvenciaváltó 3 kW és 20 Ω fékellenállás-specifikációt biztosít a 22 kW, 30 kW és 37 kW motorteljesítményű frekvenciaváltókhoz. Amikor a fékezőegység 700 V egyenfeszültségen vezet, a fékezőáram:
IB=700/20=35A
A fékellenállás teljesítménye:
PB0=(700)2/20=24,5 kW
A változtatható frekvenciájú sebességszabályozó rendszerben használt fékezőegység és fékellenállás elengedhetetlen konfigurációk a változtatható frekvenciájú sebességszabályozó rendszer regeneratív energiával és pontos parkolási követelményekkel történő biztonságos és megbízható működéséhez. Ezért a megfelelő változtatható frekvenciájú sebességszabályozó rendszer kiválasztásakor optimalizálni kell a fékezőegység és a fékellenállás kiválasztását. Ez nemcsak csökkenti a változtatható frekvenciájú sebességszabályozó rendszer hibáinak esélyét, hanem lehetővé teszi a tervezett változtatható frekvenciájú sebességszabályozó rendszer számára a magas dinamikus teljesítménymutatókat is.