Der Lieferant von Frequenzumrichter-Komponenten weist darauf hin, dass die Drehzahlreduzierung in Frequenzumrichter-Systemen grundsätzlich durch schrittweises Verringern der Frequenz erfolgt. Bei hoher Trägheit des Antriebssystems kann die Motordrehzahl nicht mit der Drehzahl des Synchronmotors Schritt halten, d. h. die tatsächliche Motordrehzahl ist höher als die Synchrondrehzahl. In diesem Fall verlaufen die Magnetfeldlinien, die von der Rotorwicklung des Motors geschnitten werden, entgegengesetzt zur Richtung im Konstantdrehzahlbetrieb. Auch die induzierte elektromotorische Kraft und der Strom in der Rotorwicklung sind entgegengesetzt zur Drehrichtung des Motors, wodurch ein negatives Drehmoment entsteht. Der Motor fungiert in diesem Zustand als Generator, und das System befindet sich im Zustand der regenerativen Bremsung. Die kinetische Energie des Antriebssystems wird in den Zwischenkreis des Frequenzumrichters zurückgespeist, was zu einem kontinuierlichen Anstieg der Zwischenkreisspannung und sogar zu einer Beschädigung des Frequenzumrichters führen kann.
1. Übersicht der Bremsanlage
Die Bremseinheit, auch bekannt als „Bremseinheit für spezifischen Energieverbrauch des Frequenzumrichters“ oder „Energierückkopplungseinheit des Frequenzumrichters“, dient hauptsächlich zur Steuerung von Situationen mit hohen mechanischen Lasten und sehr hohen Bremsgeschwindigkeitsanforderungen. Sie nutzt die vom Motor über den Bremswiderstand erzeugte, zurückgewonnene elektrische Energie oder speist diese in das Stromnetz zurück.
2. Die Funktion der Bremsanlage
Wenn der Elektromotor abrupt stoppt, wird Energie an den Frequenzumrichter zurückgespeist, was zu einem Anstieg der Zwischenkreisspannung und sogar zur Beschädigung des IGBT führen kann. Daher ist eine Bremsanlage erforderlich, um diese Energie aufzunehmen und den Frequenzumrichter zu schützen.
3. Bremsverfahren des Frequenzumrichters
1. Leistungsbremsung.
Bezeichnet die Methode, bei der der Bremswiderstand im Gleichstromkreis eingesetzt wird, um die Rückgewinnungsenergie des Motors zu absorbieren.
2. Feedback-Bremsung.
Hauptsächlich für Stromfrequenzumrichter oder Spannungsfrequenzumrichter mit im Gleichrichterteil installierten Wechselrichtern wird die Rückgewinnungsenergie des Motors in das Wechselstromnetz eingespeist.
3. Multi-Wechselrichter-Antrieb mit gemeinsamem DC-Bus.
Die vom Motor A zurückgewonnene Energie wird in den gemeinsamen Gleichstromzwischenkreis eingespeist und von Motor B verbraucht. Der Frequenzumrichterantrieb mit gemeinsamem Gleichstromzwischenkreis lässt sich in zwei Typen unterteilen: gemeinsamer symmetrischer Gleichstromzwischenkreis und gemeinsamer Gleichstromkreis. Beim symmetrischen Gleichstromzwischenkreis wird der Gleichstromzwischenkreis über Verbindungsmodule angeschlossen. Diese Verbindungsmodule enthalten Drosseln, Sicherungen und Schütze, die je nach Anwendungsfall separat ausgelegt werden müssen. Jeder Frequenzumrichter ist relativ unabhängig und kann je nach Bedarf an den Gleichstromzwischenkreis angeschlossen oder von ihm getrennt werden. Beim gemeinsamen Gleichstromkreis wird nur der Wechselrichterteil an einen gemeinsamen Gleichstromzwischenkreis angeschlossen.
4. Gleichstrombremsung.
Wenn der Frequenzumrichter Gleichstrom an den Stator des Motors anlegt, befindet sich der Asynchronmotor im Bremsbetrieb. In diesem Fall ist die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters null, und das Statormagnetfeld des Motors kommt zum Stillstand. Der rotierende Rotor durchdringt dieses statische Magnetfeld und erzeugt ein Bremsmoment. Die im rotierenden System gespeicherte kinetische Energie wird in elektrische Energie umgewandelt und im Rotorkreis des Elektromotors verbraucht.
4. Die Funktion des Bremswiderstands
Beim Reduzieren der Betriebsfrequenz befindet sich der Elektromotor im regenerativen Bremszustand. Die kinetische Energie des Antriebssystems wird in den Gleichstromkreis zurückgespeist, wodurch die Gleichspannung UD kontinuierlich ansteigt und sogar einen gefährlichen Wert erreichen kann. Daher muss die in den Gleichstromkreis zurückgespeiste Energie abgeführt werden, um UD im zulässigen Bereich zu halten. Der Bremswiderstand dient dazu, diese Energie aufzunehmen.
Jeder Frequenzumrichter verfügt über eine Bremseinheit (bei niedriger Leistung ist dies der Bremswiderstand, bei hoher Leistung der Hochleistungstransistor GTR und seine Treiberschaltung), die Bremseinheit für niedrige Leistung ist eingebaut, die Bremseinheit für hohe Leistung ist extern.
5. Bremsvorgang der Bremseinheit und des Bremswiderstands
1. Wenn der Elektromotor unter dem Einfluss einer äußeren Kraft abbremst, arbeitet er im Generatorbetrieb und erzeugt dabei Rückspeisungsenergie. Die von ihm erzeugte dreiphasige Wechselspannung wird im Wechselrichterteil des Frequenzumrichters mittels einer dreiphasigen, vollgesteuerten Brücke mit sechs Freilaufdioden gleichgerichtet, wodurch die Gleichspannung im Zwischenkreis des Frequenzumrichters kontinuierlich erhöht wird.
2. Wenn die Gleichspannung eine bestimmte Spannung erreicht (die Anlaufspannung der Bremseinheit), öffnet sich der Leistungsschalter der Bremseinheit und es fließt Strom durch den Bremswiderstand.
3. Der Bremswiderstand gibt Wärme ab, absorbiert regenerative Energie, reduziert die Motordrehzahl und senkt die Gleichspannung des Frequenzumrichters.
4. Sobald die Gleichspannung im Zwischenkreis auf einen bestimmten Wert (Abschaltspannung der Bremsanlage) absinkt, schaltet der Leistungstransistor der Bremsanlage ab. In diesem Fall fließt kein Bremsstrom mehr durch den Widerstand, und der Bremswiderstand gibt auf natürliche Weise Wärme ab, wodurch sich seine Temperatur reduziert.
5. Wenn die Spannung des DC-Busses wieder ansteigt, um die Bremsanlage zu aktivieren, wiederholt die Bremsanlage den oben beschriebenen Vorgang, um die Busspannung auszugleichen und den normalen Betrieb des Systems zu gewährleisten.