Постачальники гальмівних блоків нагадують, що з розвитком промислової автоматизації виробництва частота використання перетворювачів частоти зростає. Для досягнення максимальної ефективності виробництва часто необхідно збільшувати допоміжне обладнання перетворювачів частоти, таке як енергоємні гальмівні блоки та гальмівні резистори, щоб підвищити ефективність виробництва. Виходячи з характеристик, недоліків та складу енергоємного гальмування в перетворювачах частоти, у цій статті аналізуються методи оптимізації вибору енергоємних гальмівних блоків та гальмівних резисторів у перетворювачах частоти.
1. Споживання енергії гальмуванням перетворювача частоти
Метод, що використовується для гальмування зі споживанням енергії, полягає у встановленні компонента гальмівного блоку на стороні постійного струму перетворювача частоти, який споживає рекуперовану електричну енергію на гальмівному резисторі для гальмування. Це найпряміший і найпростіший спосіб обробки рекуперованої енергії. Він споживає рекуперовану енергію на резисторі через спеціальну схему гальмування зі споживанням енергії та перетворює її на теплову енергію. Цей резистор називається резистивним гальмуванням.
Характеристики енергоємного гальмування полягають у простоті схеми та низькій вартості. Однак під час гальмування, зі зменшенням швидкості двигуна, кінетична енергія системи приводу також зменшується, що призводить до зменшення рекуперативної здатності та гальмівного моменту двигуна. Тому в гальмівних системах з високою інерцією часто зустрічається явище "повзучого руху" на низьких швидкостях, що впливає на точність часу або положення паркування. Тому енергоємне гальмування застосовується лише для паркування із загальними навантаженнями. Енергоємне гальмування складається з двох частин: гальмівного блоку та гальмівного резистора.
(1) Гальмівний блок
Функція гальмівного блоку полягає в підключенні кола розсіювання енергії, коли напруга Ud кола постійного струму перевищує задану межу, дозволяючи колу постійного струму вивільняти енергію у вигляді теплової енергії після проходження через гальмівний резистор. Гальмівні блоки можна розділити на два типи: вбудовані та зовнішні. Вбудований тип підходить для малопотужних перетворювачів частоти загального призначення, тоді як зовнішній тип підходить для потужних перетворювачів частоти або для робочих умов зі спеціальними вимогами до гальмування. В принципі, між ними немає різниці. Гальмівний блок служить "перемикачем" для підключення гальмівного резистора, який включає силовий транзистор, схему порівняння вибірки напруги та схему керування.
(2) Гальмівний резистор
Гальмівний резистор – це носій, який використовується для споживання рекуперативної енергії електродвигуна у вигляді теплової енергії, що включає два важливі параметри: значення опору та потужність. Два поширені типи резисторів у техніці – це гофровані резистори та резистори з алюмінієвих сплавів: гофровані резистори використовують вертикальні гофри на поверхні для полегшення розсіювання тепла та зменшення паразитної індуктивності, а високо вогнестійкі неорганічні покриття вибираються для ефективного захисту резисторних проводів від старіння та продовження терміну їх служби; резистори з алюмінієвих сплавів мають кращу стійкість до атмосферних впливів та вібрацій, ніж традиційні порцелянові резистори, і широко використовуються в суворих умовах з високими вимогами. Вони легко встановлюються щільно, легко кріпляться до радіаторів та мають гарний зовнішній вигляд.
Процес гальмування зі споживанням енергії відбувається наступним чином: коли електродвигун уповільнюється або рухається назад під дією зовнішньої сили (включаючи гальмування), електродвигун працює в режимі генерації, і енергія подається назад у коло постійного струму, що призводить до підвищення напруги шини; гальмівний блок вимірює напругу шини. Коли напруга постійного струму досягає значення провідності, встановленого гальмівним блоком, силовий перемикач гальмівного блоку проводить струм, і струм протікає через гальмівний резистор; гальмівний резистор перетворює електричну енергію на теплову, зменшуючи швидкість двигуна та знижуючи напругу шини постійного струму; коли напруга шини падає до значення відсічення, встановленого гальмівним блоком, комутаційний силовий транзистор гальмівного блоку вимикається, і струм через гальмівний резистор не протікає.
Відстань між гальмівним блоком та перетворювачем частоти, а також між гальмівним блоком та гальмівним резистором повинна бути якомога коротшою (довжина дроту менше 2 м), а поперечний переріз дроту повинен відповідати вимогам до струму розряду гальмівного резистора. Під час роботи гальмівного блоку гальмівний резистор генерує велику кількість тепла. Гальмівний резистор повинен мати хороші умови для відведення тепла, і для підключення гальмівного резистора слід використовувати термостійкі дроти. Дроти не повинні торкатися гальмівного резистора. Гальмівний резистор повинен бути міцно закріплений ізоляційними прокладками, а положення встановлення має забезпечувати хороше відведення тепла. Під час встановлення гальмівного резистора в шафу його слід встановити у верхній частині шафи перетворювача частоти.
2. Вибір гальмівного блоку
Загалом, під час гальмування електродвигуна всередині двигуна виникають певні втрати, які становлять приблизно від 18% до 22% від номінального крутного моменту. Тому, якщо необхідний гальмівний момент розрахований як менший за 18% до 22% від номінального крутного моменту двигуна, немає потреби підключати гальмівний пристрій.
Під час вибору гальмівного блоку єдиною основою для вибору є максимальний робочий струм гальмівного блоку.
3. Оптимізація вибору гальмівного резистора
Під час роботи гальмівного блоку наростання та спадання напруги шини постійного струму залежить від константи RC, де R – значення опору гальмівного резистора, а C – ємність внутрішнього конденсатора перетворювача частоти.
Значення опору гальмівного резистора занадто високе, що призводить до повільного гальмування. Якщо воно занадто мале, компоненти гальмівного вимикача легко пошкоджуються. Зазвичай, коли інерція навантаження не надто велика, вважається, що до 70% енергії, споживаної двигуном під час гальмування, споживається гальмівним резистором, а 30% енергії споживається на різні втрати самого двигуна та навантаження.
Розсіювана потужність гальмівного резистора для низькочастотного гальмування зазвичай становить від 1/4 до 1/5 потужності двигуна, і розсіювану потужність необхідно збільшувати під час частого гальмування. Деякі перетворювачі частоти малої ємності оснащені внутрішніми гальмівними резисторами, але під час гальмування на високих частотах або під дією сили тяжіння внутрішні гальмівні резистори мають недостатнє тепловідведення та схильні до пошкодження. У цьому випадку слід використовувати зовнішні гальмівні резистори високої потужності. Усі типи гальмівних резисторів повинні використовувати резистори з низькою індуктивністю; з'єднувальний провід повинен бути коротким, і слід використовувати виту пару або паралельний провід. Слід вжити заходів щодо низької індуктивності, щоб запобігти та зменшити додавання енергії індуктивності до трубки гальмівного вимикача, що може призвести до її пошкодження. Якщо індуктивність кола велика, а опір малий, це призведе до пошкодження трубки гальмівного вимикача.
Гальмівний опір тісно пов'язаний з крутним моментом маховика електродвигуна, а крутний момент маховика електродвигуна змінюється під час роботи. Тому важко точно розрахувати гальмівний опір, і приблизне значення зазвичай отримують за допомогою емпіричних формул.
RZ>=(2 × UD)/У формулі: Ie номінальний струм перетворювача частоти; UD напруга шини постійного струму перетворювача частоти
Через короткочасний режим роботи гальмівного резистора, виходячи з характеристик та технічних характеристик резистора, номінальну потужність гальмівного резистора в системі регулювання швидкості зі змінною частотою можна загалом розрахувати за такою формулою:
PB=K × Pav × η%, де PB – номінальна потужність гальмівного резистора; K – коефіцієнт зниження номінальних характеристик гальмівного резистора; Pav – середнє споживання потужності під час гальмування; η – коефіцієнт використання гальмування.
Щоб зменшити рівень опору гальмівних резисторів, різні виробники перетворювачів частоти часто постачають гальмівні резистори з однаковим значенням опору для двигунів різної потужності. Тому різниця в гальмівному моменті, що отримується під час процесу гальмування, є значною. Наприклад, перетворювач частоти серії Emerson TD3000 забезпечує характеристики гальмівного резистора 3 кВт та 20 Ом для перетворювачів частоти з потужністю двигунів 22 кВт, 30 кВт та 37 кВт. Коли гальмівний блок проводить постійну напругу 700 В, гальмівний струм становить:
IB=700/20=35A
Потужність гальмівного резистора становить:
PB0=(700)2/20=24,5 кВт
Гальмівний блок та гальмівний резистор, що використовуються в системі регулювання швидкості зі змінною частотою, є важливими конфігураціями для безпечної та надійної роботи системи регулювання швидкості зі змінною частотою з рекуперативною енергією та точними вимогами до паркування. Тому, під час вибору правильної системи регулювання швидкості зі змінною частотою, вибір гальмівного блоку та гальмівного резистора повинен бути оптимізований. Це не тільки зменшує ймовірність несправностей у системі регулювання швидкості зі змінною частотою, але й дозволяє розробленій системі регулювання швидкості зі змінною частотою мати високі динамічні показники.