周波数変換器ブレーキユニットのサプライヤーは、周波数変換器にはダイナミック抵抗器が搭載されており、主にDCバスコンデンサのエネルギーの一部をブレーキ抵抗器を介して消費することで、コンデンサの過電圧を回避することを注意喚起しています。理論上、コンデンサに大量のエネルギーが蓄積されている場合、それを放出してモーターを駆動することでエネルギーの無駄を回避できます。しかし、コンデンサの容量には限界があり、耐電圧にも限界があります。バスコンデンサの電圧が一定レベルに達すると、コンデンサが損傷する可能性があり、場合によってはIGBTが損傷する可能性もあります。そのため、ブレーキ抵抗器を介して適切なタイミングで電気を放出する必要があります。この放出は時間の無駄であり、避けられない解決策です。
バスコンデンサは限られたエネルギーを保持できるバッファゾーンです
三相交流電源をすべて整流し、コンデンサに接続した後、全負荷運転時のバスの正常電圧は約1.35倍、380×1.35=513ボルトです。この電圧はリアルタイムで自然に変動しますが、最低電圧は480ボルトを下回ることはなく、下回ると低電圧アラーム保護が作動します。バスコンデンサは通常、450Vの電解コンデンサを2組直列に接続して構成され、理論上の耐電圧は900Vです。バス電圧がこの値を超えるとコンデンサが直接破裂するため、バス電圧はどんなに高い電圧でも900Vに達することはありません。
実際、三相380ボルト入力のIGBTの耐電圧値は1200ボルトであり、多くの場合800ボルト以内での動作が求められます。電圧が上昇すると慣性の問題が発生するため、制動抵抗器をすぐに作動させるとバス電圧が急速に低下しなくなります。そのため、多くの周波数変換器は、制動ユニットを介して約700ボルトで動作を開始し、バス電圧を下げてそれ以上の充電を防ぐように設計されています。
したがって、制動抵抗器の設計における核心は、コンデンサとIGBTモジュールの耐電圧を考慮することです。これらの重要な部品がバスの高電圧によって損傷を受けないようにするためです。これらの部品が損傷すると、周波数変換器は正常に動作しなくなります。
急な駐車にはブレーキ抵抗器が必要であり、また、急加速にもブレーキ抵抗器が必要である。
周波数変換器のバス電圧が上昇する原因は、多くの場合、周波数変換器がモータを電子ブレーキ状態で動作させ、IGBTに特定の導通シーケンスを通過させ、モータの急激に変化できない大きなインダクタンス電流を利用して、瞬時に高電圧を発生させ、バスコンデンサを充電することにあります。このとき、モータは急速に減速します。このとき、制動抵抗器がバスのエネルギーを適時に消費しないと、バス電圧は上昇し続け、周波数変換器の安全性を脅かす可能性があります。
負荷がそれほど重くなく、急停止の必要がない場合は、制動抵抗器を使用する必要はありません。制動抵抗器を設置しても、制動ユニットの動作閾値電圧が作動せず、制動抵抗器は作動しません。
重負荷の減速状況で急速制動を行うために、制動抵抗と制動装置を増やす必要があることに加え、実際には、重負荷と非常に速い始動時間の要件を満たす場合、始動時に制動装置と制動抵抗も調整する必要があります。以前、周波数変換器を使用して特殊なパンチプレスを駆動しようとしましたが、周波数変換器の加速時間は0.1秒に設計されていました。このとき、全負荷で始動すると、負荷はそれほど重くありませんが、加速時間が短すぎるため、バス電圧の変動が非常に激しく、過電圧または過電流の状況が発生する可能性があります。その後、外部の制動装置と制動抵抗が追加され、周波数変換器は正常に動作できるようになりました。分析によると、起動時間が短すぎて、バスコンデンサの電圧が瞬時に空になるためです。整流器は瞬時に大電流を充電し、バス電圧が急上昇します。これにより、バス上で激しい電圧変動が発生し、瞬間的に700ボルトを超える場合があります。ブレーキ抵抗器を追加することで、この変動する高電圧を適時に排除し、周波数変換器を正常に動作させることができます。
ベクトル制御には、モータのトルクと速度の方向が逆の場合や、速度ゼロで100%のトルク出力で動作している場合など、特殊な状況もあります。例えば、クレーンが重い物を落下させて空中で停止する場合や、巻き戻しを行う場合など、トルク制御が必要となります。モータは発電機状態で動作させる必要があり、連続電流はバスコンデンサに逆充電されます。制動抵抗器を介してこのエネルギーを適時に消費することで、バス電圧のバランスと安定性を維持できます。
3.7KW などの小型周波数変換器の多くには、バスコンデンサの削減を考慮して、ブレーキユニットとブレーキ抵抗器が内蔵されていることが多いですが、低電力抵抗器とブレーキユニットはそれほど高価ではありません。