O fornecedor da unidade de frenagem do conversor de frequência lembra que, no sistema de controle de velocidade por conversão de frequência, o método básico de redução de velocidade consiste em diminuir gradualmente a frequência. Quando a inércia do sistema de frenagem é grande, a redução na velocidade do motor não acompanha a redução na velocidade síncrona do motor, ou seja, a velocidade real do motor é maior que sua velocidade síncrona. Nesse momento, a direção das linhas do campo magnético cortadas pelo enrolamento do rotor do motor é exatamente oposta à da operação em velocidade constante do motor. A direção da força eletromotriz induzida e da corrente no enrolamento do rotor também é oposta à direção de rotação do motor, e o motor produzirá torque negativo. Nesse momento, o motor se comporta como um gerador e o sistema está em estado de frenagem regenerativa. A energia cinética do sistema de frenagem é realimentada para o barramento CC do conversor de frequência, fazendo com que a tensão do barramento CC aumente continuamente e possa atingir um nível perigoso (como danificar o conversor de frequência).
Princípio de funcionamento da unidade de frenagem
A unidade de frenagem consiste em um transistor de alta potência GTR e seu circuito de acionamento. Sua função é adicionar um componente de frenagem externo para acelerar o consumo de energia elétrica regenerada quando o capacitor de descarga da corrente não consegue armazená-la dentro da faixa de tensão especificada ou o resistor de frenagem interno não consegue consumi-la a tempo, resultando em sobretensão na parte CC.
Em certas aplicações, é necessária uma desaceleração rápida. De acordo com o princípio dos motores assíncronos, quanto maior o escorregamento, maior o torque. Da mesma forma, o torque de frenagem aumenta com o aumento da taxa de desaceleração, reduzindo significativamente o tempo de desaceleração do sistema, acelerando a realimentação de energia e causando um aumento rápido da tensão do barramento CC. Portanto, a energia de realimentação deve ser consumida rapidamente para manter a tensão do barramento CC abaixo de uma determinada faixa de segurança. A principal função do sistema de frenagem é dissipar rapidamente a energia (que é convertida em energia térmica pelo resistor de frenagem). Ele compensa eficazmente as desvantagens da baixa velocidade de frenagem e do baixo torque de frenagem (≤ 20% do torque nominal) dos conversores de frequência comuns, sendo muito adequado para situações em que é necessária uma frenagem rápida, mas a frequência é baixa.
Devido à operação de curta duração da unidade de frenagem, que implica em tempos de energização muito curtos a cada vez, o aumento de temperatura durante esse período é bastante instável. Além disso, o intervalo entre cada energização é maior, permitindo que a temperatura caia o suficiente para o mesmo nível da temperatura ambiente. Portanto, a potência nominal do resistor de frenagem é significativamente reduzida, diminuindo também o preço. Ademais, como há apenas um IGBT com tempo de frenagem na ordem de milissegundos, os indicadores de desempenho transiente para a ativação e desativação do transistor de potência precisam ser baixos, sendo o tempo de desativação o mais curto possível para reduzir a tensão do pulso de desativação e proteger o transistor. O mecanismo de controle é relativamente simples e fácil de implementar. Devido a essas vantagens, o sistema é amplamente utilizado em cargas de energia potencial, como guindastes, e em situações que exigem frenagem rápida, porém de curta duração.
A função da unidade de frenagem
1. Quando o motor elétrico desacelera sob a ação de uma força externa, ele opera em estado de geração, produzindo energia regenerativa. A força eletromotriz CA trifásica gerada por ele é retificada por uma ponte trifásica totalmente controlada, composta por seis unidades de realimentação de energia específicas do inversor e diodos de roda livre na seção do inversor, o que aumenta continuamente a tensão do barramento CC dentro do inversor.
2. Quando a tensão CC atinge um determinado valor (a tensão de partida da unidade de frenagem), o interruptor de potência da unidade de frenagem se abre e a corrente flui através do resistor de frenagem.
3. O resistor de frenagem libera calor, absorve energia regenerativa, reduz a velocidade do motor e diminui a tensão do barramento CC do conversor de frequência.
4. Quando a tensão do barramento CC cai para um determinado valor (tensão de parada da unidade de frenagem), o transistor de potência da unidade de frenagem é desligado. Nesse momento, nenhuma corrente de frenagem flui pelo resistor, e o resistor de frenagem dissipa calor naturalmente, reduzindo sua própria temperatura.
5. Quando a tensão do barramento CC subir novamente para ativar a unidade de frenagem, esta repetirá o processo acima para equilibrar a tensão do barramento e garantir o funcionamento normal do sistema.