제동 장치 공급업체는 산업 자동화 생산의 발전과 함께 주파수 변환기 사용 빈도가 증가하고 있음을 알려드립니다. 최대 생산 효율을 달성하기 위해서는 에너지 소비 제동 장치 및 제동 저항기와 같은 주파수 변환기 지원 장비를 늘려 생산 효율을 향상시켜야 하는 경우가 많습니다. 본 논문에서는 주파수 변환기의 에너지 소비 제동 장치 특성, 단점 및 구성을 바탕으로 주파수 변환기의 에너지 소비 제동 장치 및 제동 저항기 최적화 선정 방법을 분석합니다.
1. 주파수 변환기의 에너지 소비 제동
에너지 소비 제동 방식은 주파수 변환기의 DC 측에 제동 유닛을 설치하는 것입니다. 이 유닛은 제동 저항에서 회생된 전기 에너지를 소비하여 제동을 수행합니다. 이는 회생 에너지를 처리하는 가장 직접적이고 간단한 방법입니다. 전용 에너지 소비 제동 회로를 통해 저항에서 회생된 에너지를 소비하여 열 에너지로 변환합니다. 이 저항을 저항 제동이라고 합니다.
에너지 소비 제동의 특징은 회로가 간단하고 가격이 저렴하다는 것입니다. 그러나 제동 과정에서 모터 속도가 감소함에 따라 구동 시스템의 운동 에너지도 감소하여 모터의 회생 용량과 제동 토크가 감소합니다. 따라서 관성이 큰 드래그 시스템에서는 저속에서 "크롤링" 현상이 흔히 발생하여 주차 시간이나 위치 정확도에 영향을 미칩니다. 따라서 에너지 소비 제동은 일반적인 부하가 걸리는 주차에만 적용할 수 있습니다. 에너지 소비 제동은 제동 유닛과 제동 저항의 두 부분으로 구성됩니다.
(1) 제동장치
제동 장치의 기능은 직류 회로의 전압 Ud가 지정된 한계를 초과할 때 에너지 소산 회로를 연결하여 직류 회로가 제동 저항을 통과한 후 열 에너지 형태로 에너지를 방출하도록 하는 것입니다. 제동 장치는 내장형과 외장형 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 내장형은 저전력 범용 주파수 변환기에 적합하고, 외장형은 고전력 주파수 변환기 또는 제동에 대한 특수 요구 사항이 있는 작동 조건에 적합합니다. 원칙적으로 두 유형 사이에는 차이가 없습니다. 제동 장치는 전력 트랜지스터, 전압 샘플링 비교 회로, 그리고 구동 회로를 포함하는 제동 저항을 연결하는 "스위치" 역할을 합니다.
(2) 제동저항
제동 저항기는 전기 모터의 회생 에너지를 열 에너지 형태로 소모하는 데 사용되는 캐리어로, 저항값과 전력 용량이라는 두 가지 중요한 매개변수를 포함합니다. 엔지니어링 분야에서 일반적으로 사용되는 두 가지 유형의 저항기는 주름 저항기와 알루미늄 합금 저항기입니다. 주름 저항기는 표면에 수직 주름을 사용하여 방열을 촉진하고 기생 인덕턴스를 줄이며, 고난연성 무기 코팅을 사용하여 저항선의 노화를 효과적으로 방지하고 수명을 연장합니다. 알루미늄 합금 저항기는 기존의 자기 프레임 저항기보다 내후성과 내진성이 뛰어나며, 높은 요구 조건을 가진 혹독한 환경에서 널리 사용됩니다. 견고하게 설치하고 방열판을 부착하기 쉬우며 외관이 미려합니다.
에너지 소비 제동 과정은 다음과 같습니다. 전기 모터가 외부 힘(끌림 포함)으로 감속 또는 역전하면 전기 모터가 발전 상태로 작동하고 에너지가 DC 회로로 피드백되어 버스 전압이 상승합니다. 제동 유닛은 버스 전압을 샘플링합니다. DC 전압이 제동 유닛에서 설정한 전도 값에 도달하면 제동 유닛의 전원 스위치 튜브가 전도되고 전류가 제동 저항을 통해 흐릅니다. 제동 저항은 전기 에너지를 열 에너지로 변환하여 모터의 속도를 줄이고 DC 버스 전압을 낮춥니다. 버스 전압이 제동 유닛에서 설정한 차단 값까지 떨어지면 제동 유닛의 스위칭 전력 트랜지스터가 차단되고 제동 저항을 통해 전류가 흐르지 않습니다.
제동 장치와 주파수 변환기, 그리고 제동 장치와 제동 저항기 사이의 배선 거리는 가능한 한 짧아야 하며(전선 길이는 2m 미만), 전선 단면적은 제동 저항기의 방전 전류 요구 사항을 충족해야 합니다. 제동 장치가 작동 중일 때 제동 저항기는 많은 열을 발생시킵니다. 제동 저항기는 방열 조건이 양호해야 하며, 제동 저항기를 연결할 때는 내열 전선을 사용해야 합니다. 전선은 제동 저항기에 닿지 않아야 합니다. 제동 저항기는 절연 패드로 단단히 고정해야 하며, 설치 위치는 방열이 양호해야 합니다. 제동 저항기를 캐비닛에 설치할 때는 주파수 변환기 캐비닛 상단에 설치해야 합니다.
2. 제동장치 선정
일반적으로 전기 모터를 제동할 때 모터 내부에는 일정량의 손실이 발생하는데, 이는 정격 토크의 약 18%~22%입니다. 따라서 필요한 제동 토크가 모터 정격 토크의 18%~22% 미만으로 계산되면 제동 장치를 연결할 필요가 없습니다.
제동 장치를 선택할 때, 제동 장치의 최대 작동 전류가 선택의 유일한 기준입니다.
3. 제동저항의 최적화 선정
제동 장치 작동 중 DC 버스 전압의 상승과 하강은 상수 RC에 따라 달라지며, 여기서 R은 제동 저항의 저항 값이고 C는 주파수 변환기의 내부 커패시터 용량입니다.
제동 저항의 저항값이 너무 높으면 제동 속도가 느려집니다. 저항값이 너무 낮으면 제동 스위치 부품이 쉽게 손상됩니다. 일반적으로 부하 관성이 크지 않을 때, 제동 시 모터가 소비하는 에너지의 최대 70%는 제동 저항에서 소비되고, 나머지 30%는 모터 자체와 부하의 다양한 손실에서 소비되는 것으로 알려져 있습니다.
저주파 제동을 위한 제동 저항의 소모 전력은 일반적으로 모터 전력의 1/4~1/5이며, 빈번한 제동 시에는 소모 전력을 늘려야 합니다. 일부 소용량 주파수 변환기에는 내부에 제동 저항이 장착되어 있지만, 고주파 또는 중력 부하에서 제동할 때 내부 제동 저항은 방열이 부족하여 손상되기 쉽습니다. 이 경우 대신 고전력 외부 제동 저항을 사용해야 합니다. 모든 유형의 제동 저항은 낮은 인덕턴스 구조의 저항을 사용해야 합니다. 연결 와이어는 짧아야 하며 꼬인 쌍 또는 병렬 와이어를 사용해야 합니다. 인덕턴스의 에너지가 브레이크 스위치 튜브에 추가되어 브레이크 스위치 튜브가 손상되는 것을 방지하고 줄이기 위해 낮은 인덕턴스 조치를 취해야 합니다. 회로의 인덕턴스가 크고 저항이 작으면 브레이크 스위치 튜브가 손상됩니다.
제동 저항은 전기 모터의 플라이휠 토크와 밀접한 관련이 있으며, 전기 모터의 플라이휠 토크는 작동 중에 변동합니다. 따라서 제동 저항을 정확하게 계산하는 것은 어렵고, 일반적으로 경험식을 사용하여 근사값을 구합니다.
RZ>=(2 × UD)/ 공식에서: Ie 주파수 변환기의 정격 전류; UD 주파수 변환기 DC 버스 전압
제동 저항기의 단기 작동 모드로 인해 저항기의 특성과 기술 사양에 따라 가변 주파수 속도 조절 시스템에서 제동 저항기의 정격 전력은 일반적으로 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
PB=K × Pav × η%, 여기서 PB는 제동 저항기의 정격 전력이고, K는 제동 저항기의 감소 계수이고, Pav는 제동 중 평균 전력 소비이고, η는 제동 활용률입니다.
제동 저항의 저항 수준을 낮추기 위해 다양한 주파수 변환기 제조업체는 여러 용량의 모터에 대해 동일한 저항값을 갖는 제동 저항을 제공하는 경우가 많습니다. 따라서 제동 과정에서 발생하는 제동 토크의 차이는 상당합니다. 예를 들어, 에머슨 TD3000 시리즈 주파수 변환기는 모터 용량이 22kW, 30kW, 37kW인 주파수 변환기에 대해 3kW 및 20Ω의 제동 저항 사양을 제공합니다. 제동 장치에 700V의 직류 전압이 흐를 때 제동 전류는 다음과 같습니다.
IB=700/20=35A
제동 저항기의 전력은 다음과 같습니다.
PB0=(700)2/20=24.5kW
가변 주파수 속도 조절 시스템에 사용되는 제동 장치와 제동 저항은 회생 에너지와 정확한 주차 요구 사항을 갖춘 가변 주파수 속도 조절 시스템의 안전하고 신뢰성 있는 작동에 필수적인 구성입니다. 따라서 올바른 가변 주파수 속도 조절 시스템을 선택할 때 제동 장치와 제동 저항의 선정을 최적화해야 합니다. 이를 통해 가변 주파수 속도 조절 시스템의 고장 가능성을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 설계된 가변 주파수 속도 조절 시스템이 높은 동적 성능 지표를 갖도록 할 수 있습니다.