ब्रेकिंग यूनिट आपूर्तिकर्ता आपको याद दिलाते हैं कि औद्योगिक स्वचालन उत्पादन के विकास के साथ, फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स के उपयोग की आवृत्ति बढ़ रही है। अधिकतम उत्पादन क्षमता प्राप्त करने के लिए, उत्पादन क्षमता में सुधार के लिए फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स के सहायक उपकरणों, जैसे ऊर्जा खपत करने वाली ब्रेकिंग यूनिट और ब्रेकिंग रेसिस्टर्स, को बढ़ाना अक्सर आवश्यक होता है। फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स में ऊर्जा खपत करने वाली ब्रेकिंग की विशेषताओं, कमियों और संरचना के आधार पर, यह लेख फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स में ऊर्जा खपत करने वाली ब्रेकिंग यूनिट और ब्रेकिंग रेसिस्टर्स के अनुकूलन चयन विधियों का विश्लेषण करता है।
1. आवृत्ति कनवर्टर की ऊर्जा खपत ब्रेकिंग
ऊर्जा उपभोग ब्रेकिंग के लिए प्रयुक्त विधि आवृत्ति कनवर्टर के डीसी भाग पर एक ब्रेकिंग यूनिट घटक स्थापित करना है, जो ब्रेकिंग प्राप्त करने के लिए ब्रेकिंग प्रतिरोधक पर पुनर्जीवित विद्युत ऊर्जा का उपभोग करता है। पुनर्जीवित ऊर्जा को संसाधित करने का यह सबसे सीधा और सरल तरीका है। यह एक समर्पित ऊर्जा उपभोग ब्रेकिंग सर्किट के माध्यम से प्रतिरोधक पर पुनर्जीवित ऊर्जा का उपभोग करता है और उसे तापीय ऊर्जा में परिवर्तित करता है। इस प्रतिरोधक को प्रतिरोध ब्रेकिंग कहा जाता है।
ऊर्जा खपत ब्रेकिंग की विशेषताएँ सरल परिपथ और कम कीमत हैं। हालाँकि, ब्रेकिंग प्रक्रिया के दौरान, जैसे-जैसे मोटर की गति कम होती जाती है, ड्राइविंग सिस्टम की गतिज ऊर्जा भी कम होती जाती है, जिसके परिणामस्वरूप मोटर की पुनर्योजी क्षमता और ब्रेकिंग टॉर्क में कमी आती है। इसलिए, उच्च जड़त्व वाली ड्रैग प्रणालियों में, कम गति पर "क्रॉलिंग" की घटना का सामना करना आम बात है, जो पार्किंग समय या स्थिति की सटीकता को प्रभावित करती है। इसलिए, ऊर्जा खपत ब्रेकिंग केवल सामान्य भार वाली पार्किंग पर ही लागू होती है। ऊर्जा खपत ब्रेकिंग में दो भाग शामिल हैं: ब्रेकिंग यूनिट और ब्रेकिंग रेसिस्टर।
(1) ब्रेकिंग यूनिट
ब्रेकिंग यूनिट का कार्य ऊर्जा अपव्यय सर्किट को जोड़ना है जब डीसी सर्किट का वोल्टेज यूडी निर्दिष्ट सीमा से अधिक हो जाता है, जिससे डीसी सर्किट ब्रेकिंग रेसिस्टर से गुजरने के बाद थर्मल ऊर्जा के रूप में ऊर्जा जारी कर सकता है। ब्रेकिंग यूनिट को दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: बिल्ट-इन और एक्सटर्नल। बिल्ट-इन प्रकार कम-शक्ति सामान्य-उद्देश्य आवृत्ति कन्वर्टर्स के लिए उपयुक्त है, जबकि एक्सटर्नल प्रकार उच्च-शक्ति आवृत्ति कन्वर्टर्स या ब्रेकिंग के लिए विशेष आवश्यकताओं वाली कार्य स्थितियों के लिए उपयुक्त है। सिद्धांत रूप में, दोनों के बीच कोई अंतर नहीं है। ब्रेकिंग यूनिट ब्रेकिंग रेसिस्टर को जोड़ने के लिए एक "स्विच" के रूप में कार्य करता है, जिसमें एक पावर ट्रांजिस्टर, एक वोल्टेज सैंपलिंग तुलना सर्किट और एक ड्राइविंग सर्किट शामिल हैं।
(2) ब्रेकिंग रेसिस्टर
ब्रेकिंग रेसिस्टर एक वाहक है जिसका उपयोग विद्युत मोटर की पुनर्योजी ऊर्जा को तापीय ऊर्जा के रूप में उपभोग करने के लिए किया जाता है, जिसमें दो महत्वपूर्ण पैरामीटर शामिल हैं: प्रतिरोध मान और शक्ति क्षमता। इंजीनियरिंग में आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले दो प्रकार के रेसिस्टर्स नालीदार रेसिस्टर्स और एल्यूमीनियम मिश्र धातु रेसिस्टर्स हैं: नालीदार रेसिस्टर्स ऊष्मा अपव्यय को सुगम बनाने और परजीवी प्रेरकत्व को कम करने के लिए सतही ऊर्ध्वाधर गलियारों का उपयोग करते हैं, और उच्च ज्वाला मंदक अकार्बनिक कोटिंग्स का चयन प्रतिरोध तारों को प्रभावी ढंग से उम्र बढ़ने से बचाने और उनके सेवा जीवन को बढ़ाने के लिए किया जाता है; एल्यूमीनियम मिश्र धातु रेसिस्टर्स में पारंपरिक पोर्सिलेन फ्रेम रेसिस्टर्स की तुलना में बेहतर मौसम प्रतिरोध और कंपन प्रतिरोध होता है, और उच्च आवश्यकताओं वाले कठोर वातावरण में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। इन्हें कसकर स्थापित करना आसान है, हीट सिंक लगाना आसान है, और इनका रूप सुंदर है।
ऊर्जा खपत ब्रेकिंग की प्रक्रिया इस प्रकार है: जब विद्युत मोटर बाहरी बल (खींचे जाने सहित) के तहत मंद या उलट जाती है, तो विद्युत मोटर एक जनरेटिंग स्थिति में चलती है, और ऊर्जा डीसी सर्किट में वापस भेज दी जाती है, जिससे बस वोल्टेज बढ़ जाती है; ब्रेकिंग यूनिट बस वोल्टेज का नमूना लेती है। जब डीसी वोल्टेज ब्रेकिंग यूनिट द्वारा निर्धारित चालन मूल्य तक पहुंच जाता है, तो ब्रेकिंग यूनिट की पावर स्विच ट्यूब चालन करती है, और ब्रेकिंग रेसिस्टर के माध्यम से करंट प्रवाहित होता है; ब्रेकिंग रेसिस्टर विद्युत ऊर्जा को थर्मल ऊर्जा में परिवर्तित करता है, जिससे मोटर की गति कम हो जाती है और डीसी बस वोल्टेज कम हो जाती है; जब बस वोल्टेज ब्रेकिंग यूनिट द्वारा निर्धारित कट-ऑफ मूल्य तक गिर जाता है, तो ब्रेकिंग यूनिट का स्विचिंग पावर ट्रांजिस्टर कट जाता है
ब्रेकिंग यूनिट और फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर के बीच, साथ ही ब्रेकिंग यूनिट और ब्रेकिंग रेसिस्टर के बीच वायरिंग की दूरी यथासंभव कम होनी चाहिए (तार की लंबाई 2 मीटर से कम होनी चाहिए), और तार का क्रॉस-सेक्शन ब्रेकिंग रेसिस्टर के डिस्चार्ज करंट की आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए। जब ब्रेकिंग यूनिट काम कर रही होती है, तो ब्रेकिंग रेसिस्टर बड़ी मात्रा में गर्मी पैदा करेगा। ब्रेकिंग रेसिस्टर में अच्छी गर्मी अपव्यय की स्थिति होनी चाहिए, और ब्रेकिंग रेसिस्टर को जोड़ने के लिए गर्मी प्रतिरोधी तारों का उपयोग किया जाना चाहिए। तारों को ब्रेकिंग रेसिस्टर को नहीं छूना चाहिए। ब्रेकिंग रेसिस्टर को इंसुलेशन पैड के साथ मजबूती से तय किया जाना चाहिए, और स्थापना की स्थिति अच्छी गर्मी अपव्यय सुनिश्चित करनी चाहिए। कैबिनेट में ब्रेकिंग रेसिस्टर स्थापित करते समय, इसे फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर कैबिनेट के शीर्ष पर स्थापित किया जाना चाहिए।
2. ब्रेकिंग यूनिट का चयन
सामान्यतः, इलेक्ट्रिक मोटर को ब्रेक लगाने पर मोटर के अंदर एक निश्चित मात्रा में हानि होती है, जो रेटेड टॉर्क का लगभग 18% से 22% होता है। इसलिए, यदि आवश्यक ब्रेकिंग टॉर्क की गणना मोटर के रेटेड टॉर्क के 18% से 22% से कम हो, तो ब्रेकिंग डिवाइस को जोड़ने की कोई आवश्यकता नहीं है।
ब्रेकिंग यूनिट का चयन करते समय, ब्रेकिंग यूनिट का अधिकतम प्रचालन धारा ही चयन का एकमात्र आधार होता है।
3. ब्रेकिंग रेसिस्टर का अनुकूलन चयन
ब्रेकिंग यूनिट के संचालन के दौरान, डीसी बस वोल्टेज का बढ़ना और घटना स्थिर RC पर निर्भर करता है, जहां R ब्रेकिंग प्रतिरोधक का प्रतिरोध मान है और C आवृत्ति कनवर्टर के आंतरिक संधारित्र की क्षमता है।
ब्रेकिंग रेसिस्टर का प्रतिरोध मान बहुत ज़्यादा होने पर ब्रेकिंग धीमी हो जाती है। अगर यह बहुत कम हो, तो ब्रेकिंग स्विच के पुर्जे आसानी से क्षतिग्रस्त हो सकते हैं। आमतौर पर, जब लोड का जड़त्व बहुत ज़्यादा नहीं होता, तो यह माना जाता है कि ब्रेक लगाने के दौरान मोटर द्वारा खपत की जाने वाली ऊर्जा का 70% तक ब्रेकिंग रेसिस्टर द्वारा खपत हो जाता है, और 30% ऊर्जा मोटर और लोड के विभिन्न नुकसानों से खपत हो जाती है।
कम आवृत्ति वाली ब्रेकिंग के लिए ब्रेकिंग रेसिस्टर की अपव्यय शक्ति आम तौर पर मोटर शक्ति का 1/4 से 1/5 होती है, और लगातार ब्रेक लगाने के दौरान अपव्यय शक्ति को बढ़ाने की आवश्यकता होती है। कुछ छोटी क्षमता वाले फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स अंदर ब्रेकिंग रेसिस्टर्स से लैस होते हैं, लेकिन उच्च आवृत्तियों या गुरुत्वाकर्षण भार पर ब्रेक लगाने पर, आंतरिक ब्रेकिंग रेसिस्टर्स में अपर्याप्त ऊष्मा अपव्यय होता है और नुकसान का खतरा होता है। इस स्थिति में, इसके बजाय उच्च-शक्ति वाले बाहरी ब्रेकिंग रेसिस्टर्स का उपयोग किया जाना चाहिए। सभी प्रकार के ब्रेकिंग रेसिस्टर्स को कम इंडक्शन संरचनाओं वाले रेसिस्टर्स का उपयोग करना चाहिए; कनेक्टिंग तार छोटा होना चाहिए और ट्विस्टेड पेयर या समानांतर तार का उपयोग किया जाना चाहिए। ब्रेक स्विच ट्यूब में इंडक्शन की ऊर्जा को जोड़ने से रोकने और कम करने के लिए कम इंडक्शन के उपाय किए जाने चाहिए
ब्रेकिंग प्रतिरोध विद्युत मोटर के फ्लाईव्हील टॉर्क से निकटता से संबंधित है, और विद्युत मोटर का फ्लाईव्हील टॉर्क संचालन के दौरान बदलता रहता है। इसलिए, ब्रेकिंग प्रतिरोध की सटीक गणना करना कठिन है, और आमतौर पर अनुभवजन्य सूत्रों का उपयोग करके एक अनुमानित मान प्राप्त किया जाता है।
RZ>=(2 × UD)/सूत्र में: अर्थात आवृत्ति कनवर्टर की रेटेड धारा; UD आवृत्ति कनवर्टर DC बस वोल्टेज
ब्रेकिंग प्रतिरोधक के अल्पकालिक कार्य मोड के कारण, प्रतिरोधक की विशेषताओं और तकनीकी विशिष्टताओं के आधार पर, परिवर्तनीय आवृत्ति गति विनियमन प्रणाली में ब्रेकिंग प्रतिरोधक की नाममात्र शक्ति की गणना आम तौर पर निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:
PB=K × Pav × η%, जहां PB ब्रेकिंग प्रतिरोधक की नाममात्र शक्ति है; K ब्रेकिंग प्रतिरोधक का व्युत्पन्न गुणांक है; Pav ब्रेकिंग के दौरान औसत शक्ति खपत है; η ब्रेकिंग उपयोग दर है।
ब्रेकिंग रेसिस्टर्स के प्रतिरोध स्तर को कम करने के लिए, विभिन्न फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर निर्माता अक्सर कई अलग-अलग क्षमताओं वाली मोटरों के लिए समान प्रतिरोध मान वाले ब्रेकिंग रेसिस्टर्स प्रदान करते हैं। इसलिए, ब्रेकिंग प्रक्रिया के दौरान प्राप्त ब्रेकिंग टॉर्क में अंतर महत्वपूर्ण होता है। उदाहरण के लिए, एमर्सन TD3000 श्रृंखला फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर 22kW, 30kW और 37kW की मोटर क्षमता वाले फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स के लिए 3kW और 20 Ω का ब्रेकिंग रेसिस्टर्स विनिर्देश प्रदान करता है। जब ब्रेकिंग यूनिट 700V के DC वोल्टेज पर संचालित होती है, तो ब्रेकिंग करंट होता है:
आईबी=700/20=35ए
ब्रेकिंग प्रतिरोधक की शक्ति है:
पीबी0=(700)2/20=24.5 किलोवाट
परिवर्तनीय आवृत्ति गति विनियमन प्रणाली में प्रयुक्त ब्रेकिंग इकाई और ब्रेकिंग प्रतिरोधक, पुनर्योजी ऊर्जा और सटीक पार्किंग आवश्यकताओं के साथ परिवर्तनीय आवृत्ति गति विनियमन प्रणाली के सुरक्षित और विश्वसनीय संचालन के लिए आवश्यक विन्यास हैं। इसलिए, सही परिवर्तनीय आवृत्ति गति विनियमन प्रणाली का चयन करते समय, ब्रेकिंग इकाई और ब्रेकिंग प्रतिरोधक का चयन अनुकूलित किया जाना चाहिए। इससे न केवल परिवर्तनीय आवृत्ति गति विनियमन प्रणाली में दोषों की संभावना कम होती है, बल्कि डिज़ाइन की गई परिवर्तनीय आवृत्ति गति विनियमन प्रणाली को उच्च गतिशील प्रदर्शन संकेतक प्राप्त करने में भी सक्षम बनाया जा सकता है।