Il fornitore dell'unità di frenatura del convertitore di frequenza ricorda che il convertitore di frequenza è dotato di una resistenza dinamica principalmente per assorbire parte dell'energia presente sul condensatore del bus CC attraverso la resistenza di frenatura, al fine di evitare una tensione eccessiva del condensatore. In teoria, se un condensatore immagazzina molta energia, può essere utilizzato per rilasciarla per azionare un motore ed evitare sprechi energetici. Tuttavia, la capacità di un condensatore è limitata e anche la sua tensione di tenuta è limitata. Quando la tensione del condensatore del bus raggiunge un certo livello, può danneggiarlo e, in alcuni casi, persino danneggiare l'IGBT. Pertanto, è necessario rilasciare l'elettricità tramite una resistenza di frenatura in modo tempestivo. Questo rilascio è una perdita di tempo ed è una soluzione inevitabile.
Il condensatore del bus è una zona cuscinetto che può contenere energia limitata
Dopo che tutta l'alimentazione CA trifase è stata raddrizzata e collegata ai condensatori, la tensione normale del bus durante il funzionamento a pieno carico è di circa 1,35 volte, ovvero 380 * 1,35 = 513 volt. Questa tensione fluttuerà naturalmente in tempo reale, ma il minimo non può essere inferiore a 480 volt, altrimenti attiverà una protezione di allarme per sottotensione. I condensatori del bus sono generalmente composti da due serie di condensatori elettrolitici da 450 V collegati in serie, con una tensione di tenuta teorica di 900 V. Se la tensione del bus supera questo valore, il condensatore esploderà direttamente, quindi la tensione del bus non potrà mai raggiungere una tensione così elevata di 900 V.
Infatti, il valore di tensione di tenuta di un IGBT con ingresso trifase a 380 volt è di 1200 volt, il che spesso richiede un funzionamento entro gli 800 volt. Considerando che se la tensione aumenta, si verificherà un problema di inerzia, ovvero se si attiva immediatamente la resistenza di frenatura, la tensione del bus non diminuirà rapidamente. Pertanto, molti convertitori di frequenza sono progettati per iniziare a funzionare a circa 700 volt tramite l'unità di frenatura per abbassare la tensione del bus ed evitare ulteriori aumenti di tensione.
Pertanto, il fulcro della progettazione delle resistenze di frenatura è considerare la resistenza di tensione dei condensatori e dei moduli IGBT, per evitare che questi due componenti importanti vengano danneggiati dall'alta tensione del bus. Se questi due tipi di componenti vengono danneggiati, il convertitore di frequenza non funzionerà correttamente.
Il parcheggio veloce richiede una resistenza di frenata, e anche l'accelerazione istantanea la richiede
Il motivo per cui la tensione del bus del convertitore di frequenza aumenta è spesso dovuto al fatto che il convertitore di frequenza fa funzionare il motore in uno stato di frenatura elettronica, consentendo all'IGBT di attraversare una determinata sequenza di conduzione, utilizzando l'elevata corrente di induttanza del motore che non può variare improvvisamente e generando istantaneamente alta tensione per caricare il condensatore del bus. In questo momento, il motore rallenta rapidamente. Se la resistenza di frenatura non consuma l'energia del bus in modo tempestivo in questo momento, la tensione del bus continuerà ad aumentare, rappresentando una minaccia per la sicurezza del convertitore di frequenza.
Se il carico non è molto pesante e non è richiesto un arresto rapido, non è necessario utilizzare una resistenza di frenatura in questa situazione. Anche installando una resistenza di frenatura, la tensione di soglia di lavoro dell'unità di frenatura non verrà attivata e la resistenza di frenatura non entrerà in funzione.
Oltre alla necessità di aumentare la resistenza di frenatura e l'unità di frenatura per una frenatura rapida in situazioni di decelerazione con carico pesante, infatti, se si soddisfano i requisiti di carico pesante e tempi di avviamento molto rapidi, anche l'unità di frenatura e la resistenza di frenatura devono essere coordinate per l'avviamento. In passato, ho provato a utilizzare un convertitore di frequenza per azionare una pressa punzonatrice speciale e il tempo di accelerazione del convertitore di frequenza era progettato per essere di 0,1 secondi. In questo caso, all'avvio a pieno carico, sebbene il carico non sia molto pesante, poiché il tempo di accelerazione è troppo breve, la fluttuazione della tensione del bus è molto forte e possono verificarsi situazioni di sovratensione o sovracorrente. Successivamente, sono state aggiunte un'unità di frenatura esterna e una resistenza di frenatura, e il convertitore di frequenza può funzionare normalmente. In analisi, ciò è dovuto al tempo di avviamento troppo breve e la tensione del condensatore del bus si scarica istantaneamente. Il raddrizzatore carica istantaneamente una corrente elevata, causando un aumento improvviso della tensione del bus. Ciò si traduce in forti fluttuazioni di tensione sul bus, che possono superare i 700 volt in un istante. Aggiungendo una resistenza di frenatura, questa alta tensione fluttuante può essere eliminata tempestivamente, consentendo al convertitore di frequenza di funzionare normalmente.
Esiste anche una situazione particolare nel controllo vettoriale, in cui le direzioni di coppia e velocità del motore sono opposte, o quando si lavora a velocità zero con coppia erogata al 100%. Ad esempio, quando una gru lascia cadere un oggetto pesante e si ferma a mezz'aria, o durante il riavvolgimento, è necessario il controllo della coppia. Il motore deve funzionare in stato di generatore e la corrente continua verrà ricaricata nel condensatore del bus. Attraverso la resistenza di frenatura, questa energia può essere consumata tempestivamente per mantenere l'equilibrio e la stabilità della tensione del bus.
Molti piccoli convertitori di frequenza, come quelli da 3,7 KW, spesso hanno unità di frenatura e resistori di frenatura integrati, probabilmente perché si è pensato di ridurre il condensatore del bus, mentre i resistori e le unità di frenatura a bassa potenza non sono così costosi.