Furnizorii de unități de frânare vă reamintesc că, odată cu dezvoltarea producției de automatizare industrială, frecvența de utilizare a convertoarelor de frecvență a crescut. Pentru a obține o eficiență maximă a producției, este adesea necesară creșterea echipamentelor de suport ale convertoarelor de frecvență, cum ar fi unitățile de frânare consumatoare de energie și rezistențele de frânare, pentru a îmbunătăți eficiența producției. Pe baza caracteristicilor, deficiențelor și compoziției frânării consumatoare de energie în convertoarele de frecvență, acest articol analizează metodele de selecție optimizată a unităților de frânare consumatoare de energie și a rezistențelor de frânare din convertoarele de frecvență.
1. Consumul de energie la frânarea convertorului de frecvență
Metoda utilizată pentru frânarea bazată pe consumul de energie este instalarea unei componente a unității de frânare pe partea de curent continuu a convertorului de frecvență, care consumă energia electrică regenerată pe rezistența de frânare pentru a realiza frânarea. Aceasta este cea mai directă și simplă modalitate de a procesa energia regenerată. Aceasta consumă energia regenerată pe rezistență printr-un circuit dedicat de frânare bazat pe consumul de energie și o transformă în energie termică. Această rezistență se numește frânare prin rezistență.
Caracteristicile frânării bazate pe consumul de energie sunt circuitul simplu și prețul redus. Cu toate acestea, în timpul procesului de frânare, pe măsură ce viteza motorului scade, energia cinetică a sistemului de acționare scade și ea, rezultând o scădere a capacității regenerative și a cuplului de frânare al motorului. Prin urmare, în sistemele de frânare cu inerție ridicată, este frecvent întâlnit fenomenul de „târâre” la viteze mici, ceea ce afectează precizia timpului sau poziției de parcare. Prin urmare, frânarea bazată pe consumul de energie este aplicabilă numai parcării cu sarcini generale. Frânarea bazată pe consumul de energie include două părți: unitatea de frânare și rezistența de frânare.
(1) Unitate de frânare
Funcția unității de frânare este de a conecta circuitul de disipare a energiei atunci când tensiunea Ud a circuitului de curent continuu depășește limita specificată, permițând circuitului de curent continuu să elibereze energie sub formă de energie termică după trecerea prin rezistența de frânare. Unitatea de frânare poate fi împărțită în două tipuri: încorporată și externă. Tipul încorporat este potrivit pentru convertoare de frecvență de uz general de mică putere, în timp ce tipul extern este potrivit pentru convertoare de frecvență de mare putere sau condiții de lucru cu cerințe speciale pentru frânare. În principiu, nu există nicio diferență între cele două. Unitatea de frânare servește ca un „comutator” pentru a conecta rezistența de frânare, care include un tranzistor de putere, un circuit de comparare a eșantionării tensiunii și un circuit de comandă.
(2) Rezistență de frânare
Rezistența de frânare este un purtător utilizat pentru a consuma energia regenerativă a unui motor electric sub formă de energie termică, care include doi parametri importanți: valoarea rezistenței și capacitatea de putere. Două tipuri de rezistențe utilizate în mod obișnuit în inginerie sunt rezistențele ondulate și rezistențele din aliaj de aluminiu: rezistențele ondulate utilizează ondulații verticale de suprafață pentru a facilita disiparea căldurii și a reduce inductanța parazitară, iar acoperirile anorganice cu ignifugare ridicată sunt selectate pentru a proteja eficient firele de rezistență de îmbătrânire și a le prelungi durata de viață; Rezistențele din aliaj de aluminiu au o rezistență mai bună la intemperii și la vibrații decât rezistențele tradiționale cu cadru din porțelan și sunt utilizate pe scară largă în medii dure cu cerințe ridicate. Sunt ușor de instalat strâns, radiatoarele sunt ușor de atașat și au un aspect frumos.
Procesul de frânare cu consum de energie este următorul: când motorul electric decelerează sau inversează turația sub o forță externă (inclusiv prin tracțiune), motorul electric funcționează într-o stare de generare, iar energia este returnată circuitului de curent continuu, determinând creșterea tensiunii magistralei; Unitatea de frânare prelevează tensiunea magistralei. Când tensiunea de curent continuu atinge valoarea de conducție setată de unitatea de frânare, tubul de comutare al unității de frânare conduce, iar curentul trece prin rezistența de frânare; Rezistența de frânare transformă energia electrică în energie termică, reducând viteza motorului și scăzând tensiunea magistralei de curent continuu; Când tensiunea magistralei scade la valoarea de întrerupere setată de unitatea de frânare, tranzistorul de putere de comutare al unității de frânare este întrerupt și nu trece curent prin rezistența de frânare.
Distanța de cablare dintre unitatea de frânare și convertorul de frecvență, precum și dintre unitatea de frânare și rezistența de frânare, trebuie să fie cât mai scurtă posibil (cu o lungime a firului mai mică de 2 m), iar secțiunea transversală a firului trebuie să îndeplinească cerințele pentru curentul de descărcare al rezistenței de frânare. Când unitatea de frânare funcționează, rezistența de frânare va genera o cantitate mare de căldură. Rezistența de frânare trebuie să aibă condiții bune de disipare a căldurii, iar pentru conectarea rezistenței de frânare trebuie utilizate fire rezistente la căldură. Firele nu trebuie să atingă rezistența de frânare. Rezistența de frânare trebuie fixată ferm cu plăcuțe de izolație, iar poziția de instalare trebuie să asigure o bună disipare a căldurii. La instalarea rezistenței de frânare în dulap, aceasta trebuie instalată în partea superioară a dulapului convertorului de frecvență.
2. Selectarea unității de frânare
În general, la frânarea unui motor electric, există o anumită pierdere în interiorul motorului, care reprezintă aproximativ 18% până la 22% din cuplul nominal. Prin urmare, dacă cuplul de frânare necesar este calculat a fi mai mic de 18% până la 22% din cuplul nominal al motorului, nu este nevoie să conectați dispozitivul de frânare.
La selectarea unei unități de frânare, curentul maxim de funcționare al unității de frânare este singura bază pentru selecție.
3. Optimizarea selecției rezistenței de frânare
În timpul funcționării unității de frânare, creșterea și scăderea tensiunii magistralei de curent continuu depind de constanta RC, unde R este valoarea rezistenței rezistorului de frânare, iar C este capacitatea condensatorului intern al convertorului de frecvență.
Valoarea rezistenței rezistenței de frânare este prea mare, provocând o frânare lentă. Dacă este prea mică, componentele comutatorului de frânare se deteriorează ușor. În general, atunci când inerția sarcinii nu este prea mare, se consideră că până la 70% din energia consumată de motor în timpul frânării este consumată de rezistența de frânare, iar 30% din energie este consumată de diverse pierderi ale motorului în sine și ale sarcinii.
Puterea disipată de rezistența de frânare pentru frânarea la frecvență joasă este în general de 1/4 până la 1/5 din puterea motorului, iar puterea disipată trebuie crescută în timpul frânărilor frecvente. Unele convertoare de frecvență de capacitate mică sunt echipate cu rezistențe de frânare în interior, dar la frânarea la frecvențe înalte sau sarcini gravitaționale, rezistențele de frânare interne au o disipare insuficientă a căldurii și sunt predispuse la deteriorare. În acest caz, ar trebui utilizate în schimb rezistențe de frânare externe de mare putere. Toate tipurile de rezistențe de frânare ar trebui să utilizeze rezistențe cu structuri de inductanță redusă; Firul de conectare trebuie să fie scurt și trebuie utilizat fir pereche răsucit sau paralel. Trebuie luate măsuri de inductanță redusă pentru a preveni și reduce adăugarea de energie a inductanței la tubul comutatorului de frână, provocând deteriorarea tubului comutatorului de frână. Dacă inductanța circuitului este mare și rezistența este mică, aceasta va provoca deteriorarea tubului comutatorului de frână.
Rezistența la frânare este strâns legată de cuplul volantului motorului electric, iar cuplul volantului motorului electric variază în timpul funcționării. Prin urmare, este dificil să se calculeze cu precizie rezistența la frânare, iar o valoare aproximativă se obține de obicei folosind formule empirice.
RZ>=(2 × UD)/În formula: Ie curentul nominal al convertorului de frecvență; UD tensiunea magistralei de curent continuu a convertorului de frecvență
Datorită modului de funcționare pe termen scurt al rezistenței de frânare, pe baza caracteristicilor și specificațiilor tehnice ale rezistenței, puterea nominală a rezistenței de frânare în sistemul de reglare a vitezei cu frecvență variabilă poate fi calculată în general folosind următoarea formulă:
PB = K × Pav × η%, unde PB este puterea nominală a rezistenței de frânare; K este coeficientul de reducere a puterii al rezistenței de frânare; Pav este consumul mediu de energie în timpul frânării; η este rata de utilizare a frânării.
Pentru a reduce nivelul de rezistență al rezistențelor de frânare, diverși producători de convertizoare de frecvență oferă adesea rezistențe de frânare cu aceeași valoare a rezistenței pentru mai multe capacități diferite ale motoarelor. Prin urmare, diferența de cuplu de frânare obținută în timpul procesului de frânare este semnificativă. De exemplu, convertorul de frecvență Emerson din seria TD3000 oferă o specificație a rezistenței de frânare de 3 kW și 20 Ω pentru convertoare de frecvență cu capacități ale motorului de 22 kW, 30 kW și 37 kW. Când unitatea de frânare conduce la o tensiune continuă de 700 V, curentul de frânare este:
IB=700/20=35A
Puterea rezistenței de frânare este:
PB0=(700)2/20=24,5 kW
Unitatea de frânare și rezistența de frânare utilizate în sistemul de reglare a vitezei cu frecvență variabilă sunt configurații esențiale pentru funcționarea sigură și fiabilă a sistemului de reglare a vitezei cu frecvență variabilă, cu energie regenerativă și cerințe precise de parcare. Prin urmare, atunci când se selectează sistemul corect de reglare a vitezei cu frecvență variabilă, trebuie optimizată selecția unității de frânare și a rezistenței de frânare. Acest lucru nu numai că reduce șansa apariției defecțiunilor în sistemul de reglare a vitezei cu frecvență variabilă, dar permite și sistemului de reglare a vitezei cu frecvență variabilă proiectat să aibă indicatori de performanță dinamică ridicați.