クレーン用周波数変換器について基本的な知識をお持ちの方は、クレーンにブレーキ抵抗器が必ず取り付けられていることに気付くでしょう。ブレーキ抵抗器と呼ぶ人もいます。なぜでしょうか？クレーンの電気系統において、ブレーキ抵抗器は具体的にどのような役割を果たすのでしょうか？また、一部のクレーンにはブレーキユニット（ブレーキチョッパー）と呼ばれる特別な装置が搭載されていますが、これは一体何でしょうか？ブレーキ抵抗器とブレーキチョッパーの関係は何でしょうか？今日は、ブレーキ抵抗器とブレーキユニットの機能と動作原理について詳しく説明します。
クレーン周波数変換器ブレーキ装置
制動抵抗器の機能を一言でまとめると、「加熱」です。専門的に言えば、電気エネルギーを熱エネルギーに変換して消費することです。
ブレーキ抵抗器には、構造上、コルゲート型、アルミシェル型、ステンレス製など、様々な種類があります。具体的な選択は作業環境によって異なります。それぞれに長所と短所があります。
その機能を一言でまとめると、「スイッチ」です。はい、実際にはより高度なスイッチです。通常のスイッチとは異なり、内部には高出力トランジスタGTRが使用されています。大電流を流すことができ、高い動作周波数でオン/オフを切り替えることができ、動作時間はミリ秒単位です。
制動抵抗器と制動ユニットの概要を理解した後、周波数変換器とそれらの配線図を見てみましょう。
クレーン周波数変換器ブレーキ装置
一般的に、低電力インバータにはブレーキユニットが内蔵されているため、ブレーキ抵抗器をインバータの端子に直接接続することができます。
まずは2つの知識ポイントを理解しましょう。
まず、周波数変換器の通常のバス電圧はDC540V（AC380Vモデル）程度です。モーターが発電状態にある場合、バス電圧は540Vを超え、最大許容値は700～800Vです。この最大値を長時間または頻繁に超えると、周波数変換器が損傷する可能性があります。そのため、エネルギー消費を抑えるために、制動装置と制動抵抗器が使用されています。
次に、モーターが電気状態から発電状態に移行する可能性がある状況は 2 つあります。
A、高慣性負荷に対して急激な減速または減速時間が短すぎる。
B、荷物の昇降時は常時発電モードとなります。
クレーンの吊り上げ機構においては、吊り上げ・吊り下げの減速が停止する時間と、重量物吊り下げ時にモータが発電状態にある時間を指します。変換機構についてはご自身で考えてください。
ブレーキユニットの動作プロセス：
a、電動モータが外力を受けて減速すると、発電状態となり、回生エネルギーを生成します。この回生エネルギーによって発生した三相交流起電力は、周波数変換器のインバータ部にある6個のフリーホイールダイオードで構成される三相全制御ブリッジによって整流され、周波数変換器内の直流バス電圧を連続的に上昇させます。
b、直流電圧が一定の電圧（制動ユニットの始動電圧、例えばDC690V）に達すると、制動ユニットの電源スイッチチューブが開き、制動抵抗器に電流が流れます。
c、制動抵抗器は熱を放出し、回生エネルギーを吸収し、モーターの速度を低下させ、周波数変換器のDCバス電圧を低下させます。
d、直流バス電圧が一定電圧（制動ユニット停止電圧、例えばDC690V）まで低下すると、制動ユニットのパワートランジスタがオフになります。このとき、抵抗器には制動電流が流れず、制動抵抗器は自然に放熱し、自身の温度が低下します。
e、 DCバスの電圧が再び上昇してブレーキユニットが作動すると、ブレーキユニットは上記のプロセスを繰り返してバス電圧のバランスを取り、システムの正常な動作を確保します。
制動ユニットの動作時間が短く、毎回の通電時間が非常に短いため、通電中の温度上昇は安定していません。通電後のインターバル時間が長く、その間に温度が周囲温度と同じレベルまで下がるのに十分です。そのため、制動抵抗器の定格電力は大幅に低下し、価格もそれに応じて低下します。さらに、制動時間がmsレベルのIGBTが1つしかないため、パワートランジスタのターンオンとターンオフの過渡性能指標は低くする必要があり、ターンオフパルス電圧を低減してパワートランジスタを保護するために、ターンオフ時間もできるだけ短くする必要があります。制御メカニズムは比較的シンプルで実装が容易です。上記の利点により、クレーンなどの潜在的エネルギー負荷や、急速な制動が必要な短時間作業に広く使用されています。