Piduriseadmete tarnijad tuletavad meelde, et tööstusautomaatika tootmise arenguga on sagedusmuundurite kasutamise sagedus suurenenud. Maksimaalse tootmistõhususe saavutamiseks on sageli vaja suurendada sagedusmuundurite tugivarustust, näiteks energiat tarbivaid piduriseadmeid ja piduritakisteid, et parandada tootmise efektiivsust. Lähtudes sagedusmuundurite energiat tarbivate pidurdusseadmete omadustest, puudustest ja koostisest, analüüsitakse selles artiklis energiat tarbivate piduriseadmete ja piduritakistite optimeerimise valiku meetodeid sagedusmuundurites.
1. Sagedusmuunduri pidurdamise energiatarve
Energiatarbega pidurdamise meetod on paigaldada sagedusmuunduri alalisvoolupoolele piduriseade, mis tarbib pidurdustakistilt regenereeritud elektrienergiat pidurdamise saavutamiseks. See on kõige otsesem ja lihtsam viis regenereeritud energia töötlemiseks. See tarbib takistilt regenereeritud energiat spetsiaalse energiatarbega pidurdusahela kaudu ja muundab selle soojusenergiaks. Seda takistit nimetatakse takistuspidurduseks.
Energiatarbega pidurdamise omadused on lihtne vooluring ja madal hind. Pidurdamisprotsessi ajal aga väheneb mootori kiiruse vähenedes ka ajamisüsteemi kineetiline energia, mille tulemuseks on mootori regeneratiivvõime ja pidurdusmoment. Seetõttu on suure inertsiga pidurdussüsteemides tavaline madalatel kiirustel esineda "roomamise" nähtust, mis mõjutab parkimisaja või asukoha täpsust. Seetõttu on energiatarbega pidurdamine rakendatav ainult üldise koormusega parkimisel. Energiatarbega pidurdamine koosneb kahest osast: piduriseadmest ja pidurdustakistist.
(1) Piduriseade
Piduriseadme ülesanne on ühendada energia hajumise ahel, kui alalisvooluahela pinge Ud ületab ettenähtud piiri, võimaldades alalisvooluahelal pärast pidurdustakistist läbimist energiat soojusenergia kujul vabastada. Piduriseadet saab jagada kahte tüüpi: sisseehitatud ja välised. Sisseehitatud tüüp sobib väikese võimsusega üldotstarbelistele sagedusmuunduritele, väline tüüp aga suure võimsusega sagedusmuunduritele või töötingimustele, kus pidurdamisele on erinõuded. Põhimõtteliselt ei ole nende kahe vahel vahet. Piduriseade toimib "lülitina" pidurdustakisti ühendamiseks, mis sisaldab võimsustransistorit, pinge diskreetimise võrdlusahelat ja ajamiahelat.
(2) Pidurdustakisti
Pidurdustakisti on kandja, mida kasutatakse elektrimootori regeneratiivse energia tarbimiseks soojusenergia kujul, mis hõlmab kahte olulist parameetrit: takistuse väärtust ja võimsust. Inseneriteaduses kasutatakse kahte tüüpi takisteid: lainepapist takistid ja alumiiniumisulamist takistid: lainepapist takistid kasutavad pinna vertikaalset lainestust, et hõlbustada soojuse hajumist ja vähendada parasiitset induktiivsust, ning kõrge leegiaeglustava anorgaanilise kattekihiga kaitstakse takistusjuhtmeid tõhusalt vananemise eest ja pikendatakse nende kasutusiga; alumiiniumisulamist takistitel on parem ilmastikukindlus ja vibratsioonikindlus kui traditsioonilistel portselanist raamtakistitel ning neid kasutatakse laialdaselt karmides keskkondades, kus on kõrged nõuded. Neid on lihtne tihedalt paigaldada, jahutusradiaatoreid on lihtne kinnitada ja neil on ilus välimus.
Energiatarbimisega pidurdamise protsess on järgmine: kui elektrimootor aeglustab või tagurpidi liigub välise jõu mõjul (sh lohistamise korral), töötab elektrimootor genereerivas olekus ja energia suunatakse tagasi alalisvooluahelasse, põhjustades siini pinge tõusu; piduriseade võtab siini pingest proove. Kui alalisvoolupinge saavutab piduriseadme poolt seatud juhtivusväärtuse, juhib piduriseadme toitelüliti toru ja vool voolab läbi piduritakisti; piduritakisti muundab elektrienergia soojusenergiaks, vähendades mootori kiirust ja alandades alalisvoolu siini pinget; kui siini pinge langeb piduriseadme poolt seatud piirväärtuseni, lülitatakse piduriseadme lülitusvõimsuse transistor välja ja vool ei voola läbi piduritakisti.
Piduriseadme ja sagedusmuunduri, samuti piduriseadme ja piduritakisti vaheline juhtmestik peaks olema võimalikult lühike (juhtme pikkus alla 2 m) ja juhtme ristlõige peaks vastama piduritakisti tühjendusvoolu nõuetele. Piduriseadme töötamise ajal tekitab piduritakisti palju soojust. Piduritakistil peaksid olema head soojuse hajumise tingimused ja piduritakisti ühendamiseks tuleks kasutada kuumakindlaid juhtmeid. Juhtmed ei tohiks piduritakistiga kokku puutuda. Piduritakisti tuleks kindlalt kinnitada isolatsioonipatjadega ja paigaldusasend peaks tagama hea soojuse hajumise. Piduritakisti paigaldamisel kappi tuleks see paigaldada sagedusmuunduri kapi peale.
2. Piduriseadme valik
Üldiselt tekib elektrimootori pidurdamisel mootori sees teatud kadu, mis on umbes 18–22% nimipöördemomendist. Seega, kui vajalik pidurdusmoment on arvutatud väiksemaks kui 18–22% mootori nimipöördemomendist, ei ole piduriseadme ühendamine vajalik.
Piduriseadme valimisel on valiku aluseks ainult piduriseadme maksimaalne töövool.
3. Pidurdustakisti optimeeriv valik
Piduriseadme töötamise ajal sõltub alalisvoolusiinil oleva pinge tõus ja langus konstandist RC, kus R on pidurdustakisti takistus ja C on sagedusmuunduri sisemise kondensaatori mahtuvus.
Pidurdustakisti takistus on liiga kõrge, mis põhjustab aeglast pidurdamist. Kui see on liiga väike, kahjustuvad pidurduslüliti komponendid kergesti. Üldiselt arvatakse, et kui koormuse inerts ei ole liiga suur, kulub pidurdustakistile kuni 70% mootori pidurdamisel tarbitavast energiast ja 30% energiast kulub mootori enda ja koormuse erinevatele kadudele.
Madala sagedusega pidurdamisel on pidurdustakisti hajutatud võimsus üldiselt 1/4 kuni 1/5 mootori võimsusest ja sagedase pidurdamise korral tuleb hajutatud võimsust suurendada. Mõned väikese võimsusega sagedusmuundurid on varustatud sisemise pidurdustakistiga, kuid kõrge sageduse või gravitatsioonikoormuse korral pidurdamisel on sisemisel pidurdustakistil ebapiisav soojuse hajumine ja see on altid kahjustumisele. Sellisel juhul tuleks kasutada suure võimsusega väliseid pidurdustakisteid. Kõik tüüpi pidurdustakistid peaksid kasutama madala induktiivsusega struktuuriga takisteid; Ühendusjuhe peaks olema lühike ja tuleks kasutada keerdpaar- või paralleeljuhet. Madala induktiivsuse meetmeid tuleks võtta, et vältida ja vähendada induktiivsuse energia lisandumist pidurilüliti torule, mis võib põhjustada pidurilüliti toru kahjustumist. Kui vooluahela induktiivsus on suur ja takistus väike, kahjustab see pidurilüliti toru.
Pidurdustakistus on tihedalt seotud elektrimootori hooratta pöördemomendiga ning elektrimootori hooratta pöördemoment muutub töötamise ajal. Seetõttu on pidurdustakistust keeruline täpselt arvutada ja ligikaudne väärtus saadakse tavaliselt empiiriliste valemite abil.
RZ>=(2 × UD)/Valemis: Ie sagedusmuunduri nimivool; UD sagedusmuunduri alalisvoolu siini pinge
Pidurdustakisti lühiajalise töörežiimi tõttu, mis põhineb takisti omadustel ja tehnilistel spetsifikatsioonidel, saab muutuva sagedusega kiiruse reguleerimise süsteemis pidurdustakisti nimivõimsust üldiselt arvutada järgmise valemi abil:
PB=K × Pav × η%, kus PB on pidurdustakisti nimivõimsus; K on pidurdustakisti nimiväärtuse langustegur; Pav on keskmine energiatarve pidurdamise ajal; η on pidurduse kasutusmäär.
Pidurdustakistite takistustaseme vähendamiseks pakuvad erinevad sagedusmuundurite tootjad sageli sama takistusväärtusega pidurdustakisteid mitme erineva võimsusega mootori jaoks. Seetõttu on pidurdamise ajal saavutatav pidurdusmomendi erinevus märkimisväärne. Näiteks Emerson TD3000 seeria sagedusmuundur pakub 22 kW, 30 kW ja 37 kW mootorivõimsusega sagedusmuunduritele pidurdustakisti spetsifikatsiooni 3 kW ja 20 Ω. Kui piduriseade juhib alalispinget 700 V, on pidurdusvool:
IB=700/20=35A
Pidurdustakisti võimsus on:
PB0 = (700)²/20 = 24,5 kW
Muutuva sagedusega kiiruse reguleerimise süsteemis kasutatav piduriseade ja pidurdustakisti on olulised konfiguratsioonid muutuva sagedusega kiiruse reguleerimise süsteemi ohutuks ja usaldusväärseks tööks regeneratiivenergia ja täpsete parkimisnõuete korral. Seetõttu tuleks õige muutuva sagedusega kiiruse reguleerimise süsteemi valimisel optimeerida piduriseadme ja pidurdustakisti valik. See mitte ainult ei vähenda muutuva sagedusega kiiruse reguleerimise süsteemi rikete tekkimise võimalust, vaid võimaldab ka kavandatud muutuva sagedusega kiiruse reguleerimise süsteemil saavutada kõrgeid dünaamilisi jõudlusnäitajaid.