Those who have a basic understanding of crane frequency converters will find that brake resistors can always be seen on cranes. Some people also call them brake resistors. Why is that? What specific role does it play in the electrical system of a crane? And some cranes also have a divine device called a brake unit (brake chopper), what is this? What is the relationship between it and the braking resistor? Today we will talk about the functions and working principles of braking resistors and braking units in detail.
Crane frequency converter braking equipment
Braking resistor, let me summarize its function in one word, which is "heating". To put it professionally, it is to convert electrical energy into thermal energy and consume it.
There are many types of brake resistors in terms of structure, including corrugated brake resistors, aluminum shell brake resistors, stainless steel brake resistors, and so on. The specific choice depends on the work environment. Each has its own advantages and disadvantages.
We can also summarize its function in one word: 'switch'. Yes, it is actually a more advanced switch. Unlike ordinary switches, it is internally a high-power transistor GTR. It can pass a large current and can also be turned on and off at a high operating frequency, with an operating time in milliseconds.
After gaining a general understanding of the braking resistor and braking unit, let's now take a look at their wiring diagram with the frequency converter.
Crane frequency converter braking equipment
Generally, low-power inverters have the braking unit built into the inverter, so you can directly connect the braking resistor to the terminals of the inverter.
Let's first understand two knowledge points.
Firstly, the normal bus voltage of the frequency converter is around DC540V (AC 380V model). When the motor is in the generating state, the bus voltage will exceed 540V, with a maximum allowable value of 700-800V. If this maximum value is exceeded for a long time or frequently, the frequency converter will be damaged. Therefore, braking units and braking resistors are used for energy consumption to prevent excessive bus voltage.
Secondly, there are two situations in which the motor can transition from an electric state to a generating state:
A、 Rapid deceleration or too short deceleration time for high inertia loads.
B、 Always in power generation mode when the load is lifted and lowered.
For the lifting mechanism of a crane, it refers to the time when the lifting and lowering deceleration stops, and the time when the motor is in the power generation state during heavy load lowering. You can think about the translation mechanism yourself.
The action process of the braking unit:
a、 Cuando el motor eléctrico desacelera bajo una fuerza externa, opera en estado generador, produciendo energía regenerativa. La fuerza electromotriz de CA trifásica generada se rectifica mediante un puente trifásico totalmente controlado, compuesto por seis diodos de rueda libre, en la sección inversora del convertidor de frecuencia, que aumenta continuamente la tensión del bus de CC dentro del convertidor.
b、 Cuando el voltaje de CC alcanza un cierto voltaje (el voltaje de arranque de la unidad de frenado, como DC690V), el tubo del interruptor de potencia de la unidad de frenado se abre y la corriente fluye hacia la resistencia de frenado.
c、 La resistencia de frenado libera calor, absorbe energía regenerativa, reduce la velocidad del motor y baja el voltaje del bus de CC del convertidor de frecuencia.
d、 Cuando la tensión del bus de CC cae a una tensión determinada (tensión de parada de la unidad de frenado, como 690 V CC), el transistor de potencia de la unidad de frenado se desactiva. En este momento, no fluye corriente de frenado a través de la resistencia, y esta disipa calor de forma natural, reduciendo su propia temperatura.
e、 Cuando el voltaje del bus de CC aumenta nuevamente para activar la unidad de frenado, la unidad de frenado repetirá el proceso anterior para equilibrar el voltaje del bus y garantizar el funcionamiento normal del sistema.
Debido al corto tiempo de funcionamiento de la unidad de frenado, que implica un tiempo de encendido muy corto, el aumento de temperatura durante el encendido dista mucho de ser estable. El intervalo entre cada encendido es mayor, durante el cual la temperatura es suficiente para descender al nivel de la temperatura ambiente. Por lo tanto, la potencia nominal de la resistencia de frenado se reduce considerablemente, y el precio también disminuye en consecuencia. Además, debido a que solo hay un IGBT con un tiempo de frenado de ms, los indicadores de rendimiento transitorio para el encendido y apagado del transistor de potencia deben ser bajos, e incluso el tiempo de apagado debe ser lo más corto posible para reducir la tensión del pulso de apagado y proteger el transistor de potencia. El mecanismo de control es relativamente simple y fácil de implementar. Debido a las ventajas mencionadas, se utiliza ampliamente en cargas de energía potencial, como grúas, y en situaciones donde se requiere un frenado rápido para trabajos de corta duración.