تأمینکنندگان واحدهای ترمز به شما یادآوری میکنند که با توسعه تولید اتوماسیون صنعتی، میزان استفاده از مبدلهای فرکانس افزایش یافته است. برای دستیابی به حداکثر راندمان تولید، اغلب لازم است تجهیزات پشتیبانی مبدلهای فرکانس، مانند واحدهای ترمز مصرفکننده انرژی و مقاومتهای ترمز، افزایش یابد تا راندمان تولید بهبود یابد. بر اساس ویژگیها، کاستیها و ترکیب ترمزهای مصرفکننده انرژی در مبدلهای فرکانس، این مقاله روشهای انتخاب بهینه واحدهای ترمز مصرفکننده انرژی و مقاومتهای ترمز در مبدلهای فرکانس را تجزیه و تحلیل میکند.
۱. ترمز مصرف انرژی مبدل فرکانس
روشی که برای ترمز مصرف انرژی استفاده میشود، نصب یک قطعه واحد ترمز در سمت DC مبدل فرکانس است که انرژی الکتریکی احیا شده را روی مقاومت ترمز مصرف میکند تا ترمز حاصل شود. این مستقیمترین و سادهترین راه برای پردازش انرژی احیا شده است. این روش، انرژی احیا شده روی مقاومت را از طریق یک مدار ترمز مصرف انرژی اختصاصی مصرف کرده و آن را به انرژی حرارتی تبدیل میکند. این مقاومت، ترمز مقاومتی نامیده میشود.
از ویژگیهای ترمزگیری با مصرف انرژی میتوان به مدار ساده و قیمت پایین آن اشاره کرد. با این حال، در طول فرآیند ترمزگیری، با کاهش سرعت موتور، انرژی جنبشی سیستم محرک نیز کاهش مییابد و در نتیجه ظرفیت احیا و گشتاور ترمزگیری موتور کاهش مییابد. بنابراین، در سیستمهای درگ با اینرسی بالا، معمولاً در سرعتهای پایین با پدیده "خزیدن" مواجه میشویم که بر دقت زمان یا موقعیت پارک تأثیر میگذارد. بنابراین، ترمزگیری با مصرف انرژی فقط برای پارک کردن با بارهای عمومی قابل استفاده است. ترمزگیری با مصرف انرژی شامل دو بخش است: واحد ترمز و مقاومت ترمز.
(1) واحد ترمز
وظیفه واحد ترمز، اتصال مدار اتلاف انرژی در زمانی است که ولتاژ Ud مدار DC از حد مشخص شده تجاوز کند و به مدار DC اجازه دهد تا پس از عبور از مقاومت ترمز، انرژی را به صورت انرژی حرارتی آزاد کند. واحد ترمز را میتوان به دو نوع داخلی و خارجی تقسیم کرد. نوع داخلی برای مبدلهای فرکانس عمومی با توان کم مناسب است، در حالی که نوع خارجی برای مبدلهای فرکانس با توان بالا یا شرایط کاری با الزامات ویژه برای ترمز مناسب است. در اصل، هیچ تفاوتی بین این دو وجود ندارد. واحد ترمز به عنوان یک "سوئیچ" برای اتصال مقاومت ترمز عمل میکند که شامل یک ترانزیستور قدرت، یک مدار مقایسه نمونهبرداری ولتاژ و یک مدار درایو است.
(2) مقاومت ترمز
مقاومت ترمز، حاملی است که برای مصرف انرژی احیاکننده موتور الکتریکی به شکل انرژی حرارتی استفاده میشود که شامل دو پارامتر مهم است: مقدار مقاومت و ظرفیت توان. دو نوع مقاومت رایج در مهندسی، مقاومتهای موجدار و مقاومتهای آلیاژ آلومینیوم هستند: مقاومتهای موجدار از موجهای عمودی سطحی برای تسهیل اتلاف گرما و کاهش اندوکتانس انگلی استفاده میکنند و پوششهای معدنی با مقاومت بالا در برابر شعله برای محافظت مؤثر از سیمهای مقاومت در برابر پیری و افزایش عمر مفید آنها انتخاب میشوند. مقاومتهای آلیاژ آلومینیوم نسبت به مقاومتهای سنتی قاب چینی، مقاومت در برابر آب و هوا و مقاومت در برابر ارتعاش بهتری دارند و به طور گسترده در محیطهای سخت با الزامات بالا استفاده میشوند. نصب آنها آسان و محکم است، به راحتی میتوان هیت سینکها را به آنها متصل کرد و ظاهری زیبا دارند.
فرآیند ترمز مصرف انرژی به شرح زیر است: هنگامی که موتور الکتریکی تحت نیروی خارجی (از جمله کشیده شدن) سرعت خود را کاهش میدهد یا معکوس میشود، موتور الکتریکی در حالت تولید کار میکند و انرژی به مدار DC بازگردانده میشود و باعث افزایش ولتاژ باس میشود. واحد ترمز از ولتاژ باس نمونهبرداری میکند. هنگامی که ولتاژ DC به مقدار هدایت تعیین شده توسط واحد ترمز میرسد، لوله سوئیچ قدرت واحد ترمز هدایت میشود و جریان از طریق مقاومت ترمز جریان مییابد. مقاومت ترمز انرژی الکتریکی را به انرژی حرارتی تبدیل میکند و سرعت موتور را کاهش میدهد و ولتاژ باس DC را پایین میآورد. هنگامی که ولتاژ باس به مقدار قطع تعیین شده توسط واحد ترمز کاهش مییابد، ترانزیستور قدرت سوئیچینگ واحد ترمز قطع میشود و هیچ جریانی از مقاومت ترمز عبور نمیکند.
فاصله سیمکشی بین واحد ترمز و مبدل فرکانس، و همچنین بین واحد ترمز و مقاومت ترمز، باید تا حد امکان کوتاه باشد (با طول سیم کمتر از 2 متر)، و سطح مقطع سیم باید الزامات جریان تخلیه مقاومت ترمز را برآورده کند. هنگامی که واحد ترمز کار میکند، مقاومت ترمز مقدار زیادی گرما تولید میکند. مقاومت ترمز باید شرایط اتلاف حرارت خوبی داشته باشد و برای اتصال مقاومت ترمز باید از سیمهای مقاوم در برابر حرارت استفاده شود. سیمها نباید با مقاومت ترمز تماس داشته باشند. مقاومت ترمز باید با پدهای عایق محکم شود و محل نصب باید اتلاف حرارت خوبی را تضمین کند. هنگام نصب مقاومت ترمز در کابینت، باید آن را در بالای کابینت مبدل فرکانس نصب کرد.
۲. انتخاب واحد ترمز
به طور کلی، هنگام ترمزگیری یک موتور الکتریکی، مقداری تلفات در داخل موتور وجود دارد که حدود ۱۸٪ تا ۲۲٪ گشتاور نامی است. بنابراین، اگر گشتاور ترمز مورد نیاز کمتر از ۱۸٪ تا ۲۲٪ گشتاور نامی موتور محاسبه شود، نیازی به اتصال دستگاه ترمز نیست.
هنگام انتخاب واحد ترمز، حداکثر جریان عملیاتی واحد ترمز تنها مبنای انتخاب است.
۳. انتخاب بهینه مقاومت ترمز
در طول عملکرد واحد ترمز، افزایش و کاهش ولتاژ باس DC به ثابت RC بستگی دارد، که در آن R مقدار مقاومت مقاومت ترمز و C ظرفیت خازن داخلی مبدل فرکانس است.
مقدار مقاومت مقاومت ترمز خیلی زیاد است و باعث ترمزگیری آهسته میشود. اگر خیلی کوچک باشد، اجزای سوئیچ ترمز به راحتی آسیب میبینند. به طور کلی، وقتی اینرسی بار خیلی زیاد نباشد، اعتقاد بر این است که تا 70٪ از انرژی مصرف شده توسط موتور در هنگام ترمز توسط مقاومت ترمز مصرف میشود و 30٪ از انرژی توسط تلفات مختلف خود موتور و بار مصرف میشود.
توان تلف شده مقاومت ترمز برای ترمز با فرکانس پایین معمولاً ۱/۴ تا ۱/۵ توان موتور است و توان تلف شده باید در طول ترمزگیری مکرر افزایش یابد. برخی از مبدلهای فرکانس با ظرفیت کم مجهز به مقاومتهای ترمز در داخل هستند، اما هنگام ترمزگیری در فرکانسهای بالا یا بارهای گرانشی، مقاومتهای ترمز داخلی اتلاف حرارت کافی ندارند و مستعد آسیب هستند. در این حالت، باید از مقاومتهای ترمز خارجی با توان بالا استفاده شود. همه انواع مقاومتهای ترمز باید از مقاومتهایی با ساختارهای اندوکتانس پایین استفاده کنند. سیم اتصال باید کوتاه باشد و از سیم جفت پیچ خورده یا موازی استفاده شود. باید اقدامات اندوکتانس پایین برای جلوگیری و کاهش انرژی اندوکتانس اضافه شده به لوله سوئیچ ترمز که باعث آسیب به لوله سوئیچ ترمز میشود، انجام شود. اگر اندوکتانس مدار بزرگ و مقاومت کوچک باشد، باعث آسیب به لوله سوئیچ ترمز میشود.
مقاومت ترمز ارتباط تنگاتنگی با گشتاور فلایویل موتور الکتریکی دارد و گشتاور فلایویل موتور الکتریکی در حین کار تغییر می کند.بنابراین محاسبه دقیق مقاومت ترمز دشوار است و معمولاً با استفاده از فرمول های تجربی مقدار تقریبی آن به دست می آید.
RZ>=(2 × UD)/در فرمول: یعنی جریان نامی مبدل فرکانس؛ ولتاژ باس DC مبدل فرکانس UD
با توجه به حالت کار کوتاه مدت مقاومت ترمز، بر اساس ویژگیها و مشخصات فنی مقاومت، توان اسمی مقاومت ترمز در سیستم تنظیم سرعت فرکانس متغیر به طور کلی با استفاده از فرمول زیر قابل محاسبه است:
PB=K × Pav × η%، که در آن PB توان اسمی مقاومت ترمز؛ K ضریب کاهش بار مقاومت ترمز؛ Pav میانگین مصرف برق در حین ترمزگیری؛ η نرخ استفاده از ترمز است.
به منظور کاهش سطح مقاومت مقاومتهای ترمز، تولیدکنندگان مختلف مبدل فرکانس اغلب مقاومتهای ترمزی با مقدار مقاومت یکسان برای چندین ظرفیت مختلف موتور ارائه میدهند. بنابراین، تفاوت در گشتاور ترمز به دست آمده در طول فرآیند ترمز قابل توجه است. به عنوان مثال، مبدل فرکانس سری Emerson TD3000 مشخصات مقاومت ترمز 3 کیلووات و 20 اهم را برای مبدلهای فرکانسی با ظرفیتهای موتور 22 کیلووات، 30 کیلووات و 37 کیلووات ارائه میدهد. هنگامی که واحد ترمز با ولتاژ DC 700 ولت هدایت میکند، جریان ترمز برابر است با:
آی بی=700/20=35A
توان مقاومت ترمز برابر است با:
PB0=(700)2/20=24.5 کیلووات
واحد ترمز و مقاومت ترمز مورد استفاده در سیستم تنظیم سرعت فرکانس متغیر، پیکربندیهای ضروری برای عملکرد ایمن و قابل اعتماد سیستم تنظیم سرعت فرکانس متغیر با انرژی احیاکننده و الزامات دقیق پارکینگ هستند. بنابراین، هنگام انتخاب سیستم تنظیم سرعت فرکانس متغیر صحیح، انتخاب واحد ترمز و مقاومت ترمز باید بهینه شود. این امر نه تنها احتمال بروز خطا در سیستم تنظیم سرعت فرکانس متغیر را کاهش میدهد، بلکه سیستم تنظیم سرعت فرکانس متغیر طراحی شده را قادر میسازد تا شاخصهای عملکرد دینامیکی بالایی داشته باشد.