Доставчиците на спирачни устройства ви напомнят, че с развитието на индустриалната автоматизация на производството, честотата на използване на честотни преобразуватели се е увеличила. За да се постигне максимална ефективност на производството, често е необходимо да се увеличи поддържащото оборудване на честотните преобразуватели, като например енергоемки спирачни устройства и спирачни резистори, за да се подобри ефективността на производството. Въз основа на характеристиките, недостатъците и състава на енергоемкото спиране в честотните преобразуватели, тази статия анализира методите за оптимизация на избора на енергоемки спирачни устройства и спирачни резистори в честотните преобразуватели.
1. Консумация на енергия при спиране на честотен преобразувател
Методът, използван за спиране с консумация на енергия, е да се инсталира компонент на спирачния модул от страната на постояннотоковия ток на честотния преобразувател, който консумира регенерираната електрическа енергия от спирачния резистор, за да се постигне спиране. Това е най-прекият и лесен начин за обработка на регенерираната енергия. Регенерираната енергия се консумира от резистора чрез специална верига за спиране с консумация на енергия и се преобразува в топлинна енергия. Този резистор се нарича резисторно спиране.
Характеристиките на енергоемкото спиране са опростена схема и ниска цена. Въпреки това, по време на спирачния процес, с намаляване на скоростта на двигателя, кинетичната енергия на задвижващата система също намалява, което води до намаляване на регенеративния капацитет и спирачния момент на двигателя. Следователно, при системи за спиране с висока инерция е често срещано явлението „пълзене“ при ниски скорости, което влияе върху точността на времето или позицията на паркиране. Следователно, енергоемкото спиране е приложимо само за паркиране с общи товари. Енергоемкото спиране включва две части: спирачния модул и спирачния резистор.
(1) Спирачен блок
Функцията на спирачния блок е да свърже веригата за разсейване на енергия, когато напрежението Ud на постояннотокова верига надвиши определената граница, което позволява на постояннотокова верига да освободи енергия под формата на топлинна енергия след преминаване през спирачния резистор. Спирачният блок може да бъде разделен на два вида: вграден и външен. Вграденият тип е подходящ за нискоенергийни честотни преобразуватели с общо предназначение, докато външният тип е подходящ за високоенергийни честотни преобразуватели или работни условия със специални изисквания за спиране. По принцип няма разлика между двата вида. Спирачният блок служи като "превключвател" за свързване на спирачния резистор, който включва силов транзистор, схема за сравнение на вземане на проби от напрежение и управляваща верига.
(2) Спирачен резистор
Спирачният резистор е носител, използван за консумиране на регенеративната енергия на електрически двигател под формата на топлинна енергия, която включва два важни параметъра: стойност на съпротивлението и мощност. Два често използвани вида резистори в инженерството са гофрирани резистори и резистори от алуминиеви сплави: гофрираните резистори използват вертикални гофрирани повърхности, за да улеснят разсейването на топлината и да намалят паразитната индуктивност, а високо огнеупорните неорганични покрития са избрани, за да предпазят ефективно съпротивителните проводници от стареене и да удължат експлоатационния им живот; Резисторите от алуминиеви сплави имат по-добра устойчивост на атмосферни влияния и вибрации в сравнение с традиционните порцеланови резистори и се използват широко в тежки условия с високи изисквания. Те са лесни за плътен монтаж, лесни за закрепване на радиатори и имат красив външен вид.
Процесът на спиране с консумация на енергия е следният: когато електродвигателят забави или се обърне под въздействието на външна сила (включително влачене), електродвигателят работи в състояние на генериране и енергията се подава обратно към DC веригата, което води до повишаване на напрежението в шината; спирачният блок измерва напрежението в шината. Когато DC напрежението достигне стойността на проводимост, зададена от спирачния блок, захранващата лампа на спирачния блок провежда ток и токът протича през спирачния резистор; спирачният резистор преобразува електрическата енергия в топлинна енергия, намалявайки скоростта на двигателя и понижавайки напрежението в DC шината; когато напрежението в шината падне до стойността на изключване, зададена от спирачния блок, превключващият силов транзистор на спирачния блок се изключва и през спирачния резистор не протича ток.
Разстоянието на свързване между спирачния модул и честотния преобразувател, както и между спирачния модул и спирачния резистор, трябва да бъде възможно най-късо (с дължина на проводника по-малка от 2 м), а напречното сечение на проводника трябва да отговаря на изискванията за разрядния ток на спирачния резистор. Когато спирачният модул работи, спирачният резистор генерира голямо количество топлина. Спирачният резистор трябва да има добри условия за разсейване на топлината и за свързването му трябва да се използват топлоустойчиви проводници. Проводниците не трябва да докосват спирачния резистор. Спирачният резистор трябва да бъде здраво закрепен с изолационни подложки, а позицията на монтаж трябва да осигурява добро разсейване на топлината. При монтаж на спирачния резистор в шкафа, той трябва да бъде монтиран в горната част на шкафа на честотния преобразувател.
2. Избор на спирачен агрегат
Като цяло, при спиране на електрически двигател има известна загуба вътре в двигателя, която е около 18% до 22% от номиналния въртящ момент. Следователно, ако необходимият спирачен момент е изчислен на по-малко от 18% до 22% от номиналния въртящ момент на двигателя, няма нужда да се свързва спирачното устройство.
При избора на спирачен модул, максималният работен ток на спирачния модул е единствената основа за избор.
3. Оптимизиран избор на спирачен резистор
По време на работа на спирачния блок, покачването и спадането на напрежението на DC шината зависи от константата RC, където R е стойността на съпротивлението на спирачния резистор, а C е капацитетът на вътрешния кондензатор на честотния преобразувател.
Стойността на съпротивлението на спирачния резистор е твърде висока, което води до бавно спиране. Ако е твърде малка, компонентите на спирачния превключвател лесно се повредят. Обикновено, когато инерцията на товара не е твърде голяма, се смята, че до 70% от енергията, консумирана от двигателя по време на спиране, се изразходва от спирачния резистор, а 30% от енергията се изразходва за различни загуби на самия двигател и товара.
Разсейваната мощност на спирачния резистор при нискочестотно спиране обикновено е от 1/4 до 1/5 от мощността на двигателя и разсейваната мощност трябва да се увеличи при често спиране. Някои честотни преобразуватели с малък капацитет са оборудвани с вътрешни спирачни резистори, но при спиране при високи честоти или гравитационни натоварвания, вътрешните спирачни резистори нямат достатъчно разсейване на топлината и са склонни към повреди. В този случай трябва да се използват външни спирачни резистори с висока мощност. Всички видове спирачни резистори трябва да използват резистори с ниска индуктивност; свързващият проводник трябва да е къс и да се използва усукана двойка или паралелен проводник. Трябва да се вземат мерки за ниска индуктивност, за да се предотврати и намали добавянето на енергия от индуктивност към тръбата на спирачния превключвател, което да причини повреда на тръбата. Ако индуктивността на веригата е голяма, а съпротивлението е малко, това ще доведе до повреда на тръбата на спирачния превключвател.
Спирачното съпротивление е тясно свързано с въртящия момент на маховика на електродвигателя, а въртящият момент на маховика на електродвигателя варира по време на работа. Следователно е трудно да се изчисли точно спирачното съпротивление и приблизителна стойност обикновено се получава с помощта на емпирични формули.
RZ>=(2 × UD)/Във формулата: Ie номинален ток на честотния преобразувател; UD напрежение на постояннотокова шина на честотния преобразувател
Поради краткосрочния режим на работа на спирачния резистор, въз основа на характеристиките и техническите спецификации на резистора, номиналната мощност на спирачния резистор в системата за регулиране на скоростта с променлива честота може да се изчисли по следната формула:
PB=K × Pav × η%, където PB е номиналната мощност на спирачния резистор; K е коефициентът на намаляване на мощността на спирачния резистор; Pav е средната консумация на мощност по време на спиране; η е коефициентът на използване на спирачната мощност.
За да се намали нивото на съпротивление на спирачните резистори, различните производители на честотни преобразуватели често предлагат спирачни резистори с еднаква стойност на съпротивлението за няколко различни мощности на двигатели. Следователно, разликата в спирачния момент, получен по време на процеса на спиране, е значителна. Например, честотният преобразувател от серията Emerson TD3000 осигурява спецификация на спирачния резистор от 3 kW и 20 Ω за честотни преобразуватели с мощности на двигатели от 22 kW, 30 kW и 37 kW. Когато спирачният модул провежда постоянно напрежение от 700 V, спирачният ток е:
IB=700/20=35A
Мощността на спирачния резистор е:
PB0=(700)2/20=24,5 kW
Спирачният блок и спирачният резистор, използвани в системата за регулиране на скоростта с променлива честота, са съществени конфигурации за безопасната и надеждна работа на системата за регулиране на скоростта с регенеративна енергия и изисквания за точно паркиране. Следователно, при избора на правилната система за регулиране на скоростта с променлива честота, изборът на спирачния блок и спирачния резистор трябва да бъде оптимизиран. Това не само намалява вероятността от повреди в системата за регулиране на скоростта с променлива честота, но и позволява на проектираната система за регулиране на скоростта с променлива честота да има високи динамични показатели.