Il fornitore dell'unità di frenatura del convertitore di frequenza ricorda che nel sistema di controllo della velocità a conversione di frequenza, il metodo di base per la riduzione della velocità consiste nel ridurre gradualmente la frequenza data. Quando l'inerzia del sistema di trascinamento è elevata, la diminuzione della velocità del motore non terrà il passo con la diminuzione della velocità del motore sincrono, ovvero la velocità effettiva del motore sarà superiore alla sua velocità sincrona. In questo momento, la direzione delle linee di campo magnetico tagliate dall'avvolgimento del rotore del motore è esattamente opposta a quella del funzionamento a velocità costante del motore. Anche la direzione della forza elettromotrice indotta e della corrente dell'avvolgimento del rotore è opposta a quella della direzione di rotazione del motore, che produrrà una coppia negativa. In questo momento, il motore è in realtà un generatore e il sistema è in uno stato di frenata rigenerativa. L'energia cinetica del sistema di trascinamento viene reimmessa nel bus CC del convertitore di frequenza, causando un aumento continuo della tensione del bus CC fino a raggiungere un livello pericoloso (ad esempio, danni al convertitore di frequenza).
Principio di funzionamento dell'unità frenante
L'unità di frenatura è costituita da un transistor GTR ad alta potenza e dal suo circuito di pilotaggio. La sua funzione è quella di aggiungere un componente di frenatura esterno per accelerare il consumo di energia elettrica rigenerata quando il condensatore di collegamento della corrente di scarica non riesce a immagazzinarla entro l'intervallo di tensione specificato o la resistenza di frenatura interna non riesce a consumarla in tempo, con conseguente sovratensione nella parte CC.
In alcune applicazioni, è richiesta una decelerazione rapida. Secondo il principio dei motori asincroni, maggiore è lo scorrimento, maggiore è la coppia. Analogamente, la coppia frenante aumenta con l'aumentare della velocità di decelerazione, riducendo notevolmente il tempo di decelerazione del sistema, accelerando il feedback energetico e causando un rapido aumento della tensione del bus CC. Pertanto, l'energia di feedback deve essere consumata rapidamente per mantenere la tensione del bus CC al di sotto di un certo intervallo di sicurezza. La funzione principale del sistema di frenatura è quella di dissipare rapidamente l'energia (che viene convertita in energia termica dalla resistenza di frenatura). Compensa efficacemente gli svantaggi della bassa velocità di frenatura e della bassa coppia frenante (≤ 20% della coppia nominale) dei normali convertitori di frequenza, ed è particolarmente adatto per situazioni in cui è richiesta una frenatura rapida ma la frequenza è bassa.
A causa del funzionamento a breve termine dell'unità di frenatura, che comporta un tempo di accensione molto breve ogni volta, l'aumento di temperatura durante il periodo di accensione è tutt'altro che stabile; l'intervallo di tempo dopo ogni accensione è più lungo, durante il quale la temperatura è sufficiente per scendere allo stesso livello della temperatura ambiente. Pertanto, la potenza nominale della resistenza di frenatura sarà notevolmente ridotta e anche il prezzo diminuirà di conseguenza; inoltre, poiché è presente un solo IGBT con un tempo di frenatura di livello ms, gli indicatori di prestazione transitoria per l'accensione e lo spegnimento del transistor di potenza devono essere bassi e anche il tempo di spegnimento deve essere il più breve possibile per ridurre la tensione di impulso di spegnimento e proteggere il transistor di potenza; il meccanismo di controllo è relativamente semplice e facile da implementare. Grazie ai vantaggi sopra menzionati, è ampiamente utilizzato in carichi di energia potenziale come le gru e in situazioni in cui è richiesta una frenata rapida ma per lavori di breve durata.
La funzione dell'unità frenante
1. Quando il motore elettrico decelera sotto l'azione di una forza esterna, funziona in stato di generazione, producendo energia rigenerativa. La forza elettromotrice trifase CA da esso generata viene raddrizzata da un ponte trifase completamente controllato composto da sei unità di retroazione energetica specifiche per l'inverter e diodi di ricircolo nella sezione inverter dell'inverter, che aumenta costantemente la tensione del bus CC all'interno dell'inverter.
2. Quando la tensione CC raggiunge un certo valore (la tensione di avviamento dell'unità di frenatura), il tubo dell'interruttore di potenza dell'unità di frenatura si apre e la corrente scorre attraverso la resistenza di frenatura.
3. La resistenza di frenatura rilascia calore, assorbe energia rigenerativa, riduce la velocità del motore e abbassa la tensione del bus CC del convertitore di frequenza.
4. Quando la tensione del bus CC scende a un certo valore (tensione di arresto dell'unità di frenatura), il transistor di potenza dell'unità di frenatura viene spento. In questo momento, la corrente di frenatura non scorre attraverso il resistore e il resistore di frenatura dissipa naturalmente il calore, riducendo la propria temperatura.
5. Quando la tensione del bus CC aumenta nuovamente per attivare l'unità di frenatura, quest'ultima ripeterà il processo sopra descritto per bilanciare la tensione del bus e garantire il normale funzionamento del sistema.