Поставщик оборудования для поддержки преобразователя частоты напоминает, что в системе управления скоростью с преобразованием частоты основным методом снижения скорости является постепенное снижение заданной частоты. При большой инерции тормозной системы снижение скорости двигателя не будет соответствовать снижению скорости синхронного двигателя, то есть фактическая скорость двигателя будет выше его синхронной скорости. В этот момент направление линий магнитного поля, пересекаемых обмоткой ротора двигателя, прямо противоположно направлению, возникающему при работе двигателя на постоянной скорости. Направление индуцированной электродвижущей силы и тока в обмотке ротора также противоположно направлению вращения двигателя, и двигатель будет создавать отрицательный крутящий момент. В этот момент двигатель фактически является генератором, и система находится в режиме рекуперативного торможения. Кинетическая энергия тормозной системы возвращается в шину постоянного тока преобразователя частоты, что приводит к непрерывному росту напряжения на шине постоянного тока и даже к достижению опасного уровня (например, повреждения преобразователя частоты).
1. Обзор тормозного блока
Тормозной блок, также известный как «тормозной блок с удельным потреблением энергии преобразователем частоты» или «блок обратной связи с удельным потреблением энергии преобразователем частоты», в основном используется для управления в ситуациях с большими механическими нагрузками и требованиями к очень высокой скорости торможения. Он потребляет рекуперированную электроэнергию, вырабатываемую двигателем, через тормозной резистор или возвращает её обратно в источник питания.
2. Функция тормозного устройства
При резкой остановке электродвигателя происходит обратная передача энергии в преобразователь частоты, что приводит к повышению напряжения на шине постоянного тока и даже повреждению IGBT. Поэтому для защиты преобразователя частоты необходим тормозной блок, поглощающий эту энергию.
3. Метод торможения преобразователя частоты
1. Силовое торможение.
Относится к методу использования тормозного резистора, установленного в цепи постоянного тока, для поглощения рекуперативной энергии двигателя.
2. Торможение с обратной связью.
В основном они предназначены для преобразователей частоты тока или напряжения с инверторами, установленными в секции выпрямления; рекуперативная энергия двигателя подается обратно в сеть переменного тока.
3. Многоинверторный привод с общей шиной постоянного тока.
Рекуперативная энергия двигателя A возвращается в общую шину постоянного тока и затем потребляется двигателем B. Многоинверторные приводы с общей шиной постоянного тока можно разделить на два типа: с общей сбалансированной шиной постоянного тока и с общей шиной цепи постоянного тока. Метод с общей сбалансированной шиной постоянного тока заключается в использовании соединительных модулей для подключения к шине цепи постоянного тока. Соединительные модули включают в себя реакторы, предохранители и контакторы, которые должны быть спроектированы отдельно в соответствии с конкретными обстоятельствами. Каждый преобразователь частоты относительно независим и может быть подключен или отключен от шины постоянного тока по мере необходимости. Метод с общей шиной цепи постоянного тока заключается в подключении только инверторной части к общей шине постоянного тока.
4. Торможение постоянным током.
При подаче постоянного тока от преобразователя частоты на статор двигателя асинхронный двигатель находится в состоянии торможения с потреблением энергии. В этом случае выходная частота преобразователя частоты равна нулю, и магнитное поле статора двигателя прекращает вращение. Вращающийся ротор прорезает это статическое магнитное поле и создаёт тормозной момент. Кинетическая энергия, накопленная во вращающейся системе, преобразуется в электрическую и потребляется в цепи ротора электродвигателя.
4. Функция тормозного резистора
В процессе снижения рабочей частоты электродвигатель будет находиться в режиме рекуперативного торможения, и кинетическая энергия приводной системы будет возвращаться в цепь постоянного тока, что приведет к непрерывному росту напряжения постоянного тока UD и даже к достижению опасного уровня. Поэтому для поддержания напряжения постоянного тока UD в допустимых пределах необходимо использовать рекуперируемую энергию. Для потребления этой энергии используется тормозной резистор.
Каждый преобразователь частоты имеет блок торможения (маломощный — тормозной резистор, большой мощности — мощный транзистор ГТР и его управляющая схема), маломощный — встроенный, а большой мощности — внешний.
5. Процесс торможения тормозного устройства и тормозного резистора
1. При замедлении электродвигателя под действием внешней силы он работает в режиме генерации, вырабатывая рекуперативную энергию. Вырабатываемая им трёхфазная электродвижущая сила переменного тока выпрямляется трёхфазным полностью управляемым мостом, состоящим из шести обратных диодов в инверторной части преобразователя частоты, что обеспечивает непрерывное повышение напряжения на шине постоянного тока внутри преобразователя частоты.
2. Когда напряжение постоянного тока достигает определенного значения (пускового напряжения тормозного блока), силовой выключатель тормозного блока размыкается, и ток протекает через тормозной резистор.
3. Тормозной резистор выделяет тепло, поглощает рекуперативную энергию, снижает скорость двигателя и понижает напряжение на шине постоянного тока преобразователя частоты.
4. При падении напряжения на шине постоянного тока до определённого значения (напряжения остановки тормозного блока) силовой транзистор тормозного блока выключается. В это время тормозной ток через резистор не протекает, и тормозной резистор естественным образом рассеивает тепло, снижая свою температуру.
5. Когда напряжение на шине постоянного тока снова повышается, чтобы активировать тормозной блок, тормозной блок повторит вышеуказанный процесс, чтобы сбалансировать напряжение на шине и обеспечить нормальную работу системы.