Тормозной резистор для частотного преобразователя назначение

Приводы кранов, конвейеров и другого промышленного оборудования, работающего в повторно-кратковременных режимах с частыми включениями, отключениями и реверсами, оснащают тормозными устройствами, которые обеспечивают быструю остановку электродвигателя. Для этого используются электродинамический и механический метод.

Электродинамическое торможение достигается:

  • Подачей постоянного напряжения на обмотки статора. При этом возникает неподвижное магнитное поле, создающее тормозной момент.
  • Изменением порядка подключения фаз. Магнитное поле начинает вращаться в направлении, противоположном направлению вращения ротора электрической машины.

В обоих случаях на валу электродвигателя возникает отрицательный момент, обеспечивающий быструю остановку. Это необходимо для инерционных механизмов с высокой нагрузкой.

Электродинамическое торможение при помощи ПЧ

Большинство частотно-регулируемых приводов обеспечивают динамическое торможение асинхронного электродвигателя. При помощи ПЧ можно реализовать схемы торможения постоянным током и противовключением.

Электродинамическое торможение обладает следующими преимуществами:

  • Высокая скорость торможения, что необходимо для точного позиционирования груза.
  • Простота аппаратной реализации. Для этого требуются частотный преобразователь с тормозным прерывателем и резистор.
  • Упрощение кинематической схемы оборудования.

При принудительной остановке электродвигателя, электроэнергия рассеивается в цепи, вызывая избыточный нагрев и срабатывание тепловой защиты. Для того чтобы избежать этого, применяют тормозные резисторы, обеспечивающие падение генерируемого напряжения и эффективное рассеивание тепла.

Электродинамическое торможение без дополнительных сопротивлений возможно для оборудования с нечастыми пусками, реверсами и остановками. Для грузоподъемных механизмов, рольтангов, лифтов необходим тормозной резистор.

Частотные преобразователи Данфосс с функцией динамического торможения комплектуются встроенным модулем Brake Choppe. Это устройство представляет собой электронный ключ на транзисторах IGBT, встроенный в звено постоянного тока. Возможна также опциональная комплектация этим блоком. Подключение тормозного резистора без прерывателя недопустимо.

Выбор тормозного резистора

Характеристики резисторов должны отвечать параметрам электропривода, типу частотного преобразователя, режимам пуска и эксплуатации двигателя. Компания Данфосс выпускает широкий модельный ряд добавочных сопротивлений для приводов разной мощности и марок. Тормозные резисторы выбирают:

  • По циклу торможения (от 10% номинального момента, применяемых для вентиляторов, до 50% для механизмов с высоким моментом инерции).
  • Числу фаз (одно- трехфазные).
  • Номинальному напряжению.
  • Классу защиты от пыли от влаги IP.
  • Максимальной и номинальной мощности.
  • Сопротивлению.
  • Режиму работы электродвигателя.

Расчет характеристик делается по специальной методике на стадии проектирования привода или при его модернизации.

Расчет тормозного резистора

Исходными данными для вычисления параметров тормозных резисторов служат номинальное напряжение, мощность и частота вращения электродвигателя, момент инерции на валу, время остановки и т.д.

Читайте также:  Навесной снегоуборщик целина сп 60

Расчет делается в несколько этапов:

    Определение максимального момента торможения. Эта величина определяется по формуле:

Где n1, n2 начальная и конечная скорость замедления, J – сумма все моментов инерции на валу, t – проектное время замедления.

Расчет механической мощности торможения по формуле:

где n1, n2 начальная и конечная скорость замедления, t – проектное время замедления, М- максимальный момент торможения.

  • Вычисление электрической мощности торможения по формуле:
  • Расчет максимального тормозного сопротивления по формуле:
  • где U – напряжение звена постоянного тока, Р – электрическая мощность торможения.

  • Определение номинальной мощности резистора. Значение мощности добавочного сопротивления рассчитывается по формуле:
  • Выбор тормозного резистора из таблицы, представленной на сайте производителя.
  • При расчете также учитывается коэффициент уменьшения нагрузки, который зависит от мощности привода, к.п.д. редуктора. Если передаточный механизм не включен в состав электропривода, значение к.п.д. редуктора принимается равным единице.

    При необходимости управления торможением без добавочного сопротивления, при программировании ПЧ указываем отсутствие тормозного резистора или выбираем торможение противовключением на низкой частоте.

    Компания Данфосс выпускает резисторы с рабочим циклом от 10% до 40%, класса пылевлагозащищенности IP20, IP65. Мощные устройства комплектуют термодатчиками и устройствами защиты от перегрева.

    Тормозные сопротивления (braking resistor) применяются в грузоподъемных механизмах и механизмах перемещения, в приводах подъемных устройств (например, сопротивления для кранов), конвейерах, приводах на манипуляторах, а также во всех приводах, для которых необходимо управление или регулировка быстрого изменения частоты вращения, а избыточная энергия не расходуется за счет нагрузок на рабочую машину и ее потерь (в том числе тяговые электроприводы).

    Тормозные резисторы, рассчитанные на более низкие мощности, могут также вместе с другими компонентами монтироваться в распределительные устройства. Ввиду генерации тепловой энергии сопротивления, рассчитанные на более высокие мощности, в основном, выполняются в отдельных корпусах и устанавливаются отдельно.

    Как работают тормозные резисторы

    Управление частотой вращения трехфазного двигателя с короткозамкнутым ротором целенаправленно может осуществляться только посредством изменения частоты напряжения питания. Для этой цели используется преобразователь частоты (ПЧ), управление выходной частотой которого независимо от частоты сети. Трехфазный переменный ток сети сначала преобразовывается в постоянный ток в промежуточной цепи, а затем – в трехфазный переменный ток с изменяемой частотой.

    Для приводов, работающих в I и III квадрантах механической характеристики (приводы, инерционный момент которых значительно меньше момента нагрузки) преобразователь частоты может применяться без изменений. Для приводов, работающих в четырех квадрантах требуется дополнительное устройство, принимающее кинетическую энергию.

    Читайте также:  Мебель мария отзывы сотрудников

    При нагружении двигателя, его якорь следует частоте питающего напряжения (пробуксовка). При уменьшении ПЧ его частоты, или при воздействии на работу двигателя внешних условий (спуск, движение под уклон) частота ротора выше (асинхронна) частоты питающего ПЧ. Двигатель действует как генератор.

    Генераторная энергия приводит к повышению напряжения в промежуточной цепи ПЧ и должна быть рассеяна. Однако рекуперация в сеть не во всех случаях экономически целесообразна.

    Во-первых, сеть должна быть способна принять энергию, а во-вторых, для возвращения в сеть энергия должна быть соответствующим образом подготовлена. В отдельных случаях это может потребовать значительной технической корректировки и, как следствие, увеличения инвестиций и повышения сложности системы. В особенности если кратковременно действует значительная энергия торможения, а общая энергия торможения по отношению к энергопотреблению привода невысока, экономически более целесообразно преобразовывать ее в тепловую энергию в тормозном сопротивлении.

    Электронный выключатель (прерыватель) включает сопротивление, предотвращая возникновение такого напряжения в промежуточной цепи, которое может быть опасно для компонентов. Сопротивление нагружает напряжение в промежуточной цепи. Как только это напряжение достигает величины, меньшей величины напряжения включения, но большей величины напряжения в сети, прерыватель снова выключает сопротивление. Данный процесс повторяется каждый раз при повышении напряжения – в зависимости от постоянной времени электрической цепи. При этом возникают частоты в диапазоне от нескольких сотен до нескольких тысяч Герц. Сопротивление приводится в действие импульсным постоянным током, отбирает энергию привода и затормаживает его. Эта энергия преобразовывается в тепловую и отдается в окружающую среду.

    Выбор

    Тормозные сопротивления применяются в грузоподъемных механизмах и механизмах перемещения, в приводах подъемных устройств, конвейерах, приводах на манипуляторах, а также во всех приводах, для которых необходимо управление или регулировка быстрого изменения частоты вращения, а избыточная энергия не расходуется за счет нагрузок на рабочую машину и ее потерь.
    Сопротивления, рассчитанные на более низкие мощности, могут также вместе с другими компонентами монтироваться в распределительные устройства. Ввиду генерации тепловой энергии сопротивления, рассчитанные на более высокие мощности, во основном, выполняются в отдельных корпусах, и устанавливаются отдельно.

    RBR = сопротивление Ом
    UZ = напряжение в промежуточной цепи В
    PBR = мощность торможения Вт

    В момент торможения асинхронного двигателя происходит передача энергии обратно в частотный преобразователь, который работает в режиме генератора. В результате чего, в цепях постоянного тока наблюдаются завышенные показатели. Частотный преобразователь (ЧП) старается вернуть его в нормальное состояние (снизить), увеличивая частоту на выходе, вследствие чего происходит уменьшение скольжения двигателя.

    Читайте также:  Краска для колясок детских

    Если двигатель испытывает невысокие неинерционные нагрузки, торможение происходит за счет потерь самого двигателя, работающего с мощностью, приближенной к 20% от номинальной. Это подходит лишь в том случае, когда работают с небольшой кинетической энергией и время торможения не имеет особого значения (не критично).

    Для экстренного (быстрого) торможения принято использовать тормозной резистор – специальное устройство:

    · обеспечивающее постоянное потребление энергии торможения, которая исходит от двигателя;

    · рассеивающее энергию торможения, которая преобразуется в тепловую энергию.

    Данный режим наблюдается тогда, когда снижается частота вращения вала, для которого характерна инерционная нагрузка. Подобным образом работает вентиляционное, конвейерное и крановое оборудование.

    Если же уменьшение общей частоты вращения двигателя происходит намного медленнее, чем снижение частоты на преобразователе, то устройство постепенно переходит в так называемый генераторный режим. Для него характерно энергия вращения двигателя (механическая) преобразовывается в электрическую энергию. Полученная электроэнергия, попадая в одно из звеньев постоянного тока ЧП, начинает накапливаться в специальных конденсаторах, напряжение которых постепенно растет. Важно понимать, что подобное увеличение напряжения в определенный момент может спровоцировать как пробой конденсатора, так и его полное разрушение.

    Решить возникшую проблему поможет установка специального элемента (выпрямителя) в конструкцию частотного преобразователя. При этом наблюдается процесс рекуперации, при котором вся энергия передается в питающую сеть. Но, стоимость такого оборудования существенно увеличивается (примерно на порядок).

    Бывают такие частотные преобразователи, в которых предусмотрено использование единой (общей) шины постоянного тока, что позволяет передавать энергию другим приводам, работа которых основывается на двигательном режиме. Хотя очень сложно, а иногда и невозможно, добиться нормальной работы приводов (двигателя), один из которых работает в двигательном режиме, а другой – в режиме торможения.

    Именно поэтому предпочтительней оказывается использование специальных тормозных резисторов, если в процессе эксплуатации предполагается накопление энергии торможения (возникает тормозной режим).

    Определение минимального значения сопротивления такого резистора (тормозного) зависит от значения тока тормозного ключа (допустимого), который входит в схему преобразователя частоты. Максимальное же значение сопротивления и мощность тормозного резистора напрямую зависят от максимально возможного количества энергии, которая выделяется в процессе торможения привода.

    Оставьте ответ

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *