Dobavitelji zavornih enot vas opominjajo, da se z razvojem industrijske avtomatizacije proizvodnje povečuje pogostost uporabe frekvenčnih pretvornikov. Za doseganje največje proizvodne učinkovitosti je pogosto treba povečati podporno opremo frekvenčnih pretvornikov, kot so energetsko porabljajoče zavorne enote in zavorni upori, da se izboljša proizvodna učinkovitost. Na podlagi značilnosti, pomanjkljivosti in sestave energetsko porabljajočega zaviranja v frekvenčnih pretvornikih ta članek analizira metode optimizacije izbire energetsko porabljajočih zavornih enot in zavornih uporov v frekvenčnih pretvornikih.
1. Poraba energije pri zaviranju frekvenčnega pretvornika
Metoda, ki se uporablja za zaviranje s porabo energije, je namestitev zavorne enote na enosmerni strani frekvenčnega pretvornika, ki porablja regenerirano električno energijo na zavornem uporu za zaviranje. To je najbolj neposreden in preprost način za obdelavo regenerirane energije. Regenerirano energijo na uporu porablja prek namenskega zavornega vezja s porabo energije in jo pretvori v toplotno energijo. Ta upor se imenuje uporovno zaviranje.
Značilnosti zaviranja s porabo energije so preprosto vezje in nizka cena. Vendar pa se med zaviranjem, ko se hitrost motorja zmanjšuje, zmanjša tudi kinetična energija pogonskega sistema, kar povzroči zmanjšanje regenerativne zmogljivosti in zavornega navora motorja. Zato se pri vlečnih sistemih z visoko vztrajnostjo pri nizkih hitrostih pogosto pojavlja pojav "plazitve", kar vpliva na natančnost časa ali položaja parkiranja. Zato se zaviranje s porabo energije uporablja le za parkiranje s splošnimi obremenitvami. Zaviranje s porabo energije vključuje dva dela: zavorno enoto in zavorni upor.
(1) Zavorna enota
Funkcija zavorne enote je, da vklopi vezje za odvajanje energije, ko napetost Ud enosmernega tokokroga preseže določeno mejo, kar omogoča enosmernemu tokokrogu, da po prehodu skozi zavorni upor sprosti energijo v obliki toplote. Zavorne enote lahko razdelimo na dve vrsti: vgrajene in zunanje. Vgrajeni tip je primeren za nizkoenergijske splošne frekvenčne pretvornike, zunanji tip pa je primeren za visokoenergijske frekvenčne pretvornike ali delovne pogoje s posebnimi zahtevami glede zaviranja. Načeloma med obema ni razlike. Zavorna enota služi kot "stikalo" za priključitev zavornega upora, ki vključuje močnostni tranzistor, vezje za primerjavo vzorčenja napetosti in pogonsko vezje.
(2) Zavorni upor
Zavorni upor je nosilec, ki se uporablja za porabo regenerativne energije elektromotorja v obliki toplotne energije, ki vključuje dva pomembna parametra: vrednost upora in zmogljivost. Dve pogosto uporabljeni vrsti uporov v inženirstvu sta valoviti upori in upori iz aluminijevih zlitin: valoviti upori uporabljajo navpično valovitost površine za lažje odvajanje toplote in zmanjšanje parazitske induktivnosti, visoko negorljivi anorganski premazi pa so izbrani za učinkovito zaščito uporovnih žic pred staranjem in podaljšanje njihove življenjske dobe; upori iz aluminijevih zlitin imajo boljšo odpornost na vremenske vplive in vibracije kot tradicionalni upori s porcelanastim okvirjem in se pogosto uporabljajo v težkih okoljih z visokimi zahtevami. Enostavno jih je tesno namestiti, enostavno je pritrditi hladilne odvode in imajo lep videz.
Postopek zaviranja s porabo energije je naslednji: ko elektromotor zaradi zunanje sile (vključno z vlečenjem) upočasni ali se vrti nazaj, elektromotor deluje v stanju generiranja, energija pa se dovaja nazaj v enosmerni tokokrog, kar povzroči dvig napetosti vodila; zavorna enota vzorči napetost vodila. Ko enosmerna napetost doseže vrednost prevodnosti, ki jo nastavi zavorna enota, stikalna cev zavorne enote prevaja tok in tok teče skozi zavorni upor; zavorni upor pretvarja električno energijo v toplotno energijo, s čimer zmanjša hitrost motorja in zniža napetost enosmernega vodila; ko napetost vodila pade na mejno vrednost, ki jo nastavi zavorna enota, se preklopni tranzistor zavorne enote zapre in skozi zavorni upor ne teče več tok.
Razdalja ožičenja med zavorno enoto in frekvenčnim pretvornikom ter med zavorno enoto in zavornim uporom mora biti čim krajša (z dolžino žice manj kot 2 m), presek žice pa mora ustrezati zahtevam za praznilni tok zavornega upora. Ko zavorna enota deluje, zavorni upor proizvaja veliko količino toplote. Zavorni upor mora imeti dobre pogoje za odvajanje toplote, za priključitev zavornega upora pa je treba uporabiti toplotno odporne žice. Žice se ne smejo dotikati zavornega upora. Zavorni upor mora biti trdno pritrjen z izolacijskimi blazinicami, položaj namestitve pa mora zagotavljati dobro odvajanje toplote. Pri nameščanju zavornega upora v omarico ga je treba namestiti na vrh omarice frekvenčnega pretvornika.
2. Izbira zavorne enote
Na splošno velja, da pri zaviranju elektromotorja pride do določene izgube znotraj motorja, ki znaša približno 18 % do 22 % nazivnega navora. Če je torej zahtevani zavorni navor izračunan kot manjši od 18 % do 22 % nazivnega navora motorja, zavorne naprave ni treba priključiti.
Pri izbiri zavorne enote je edina osnova za izbiro največji obratovalni tok zavorne enote.
3. Optimizacija izbire zavornega upora
Med delovanjem zavorne enote je naraščanje in padanje napetosti enosmernega vodila odvisno od konstante RC, kjer je R vrednost upora zavornega upora in C je kapaciteta notranjega kondenzatorja frekvenčnega pretvornika.
Vrednost upora zavornega upora je previsoka, kar povzroča počasno zaviranje. Če je premajhna, se komponente zavornega stikala zlahka poškodujejo. Na splošno velja, da pri majhni vztrajnosti bremena do 70 % energije, ki jo motor porabi med zaviranjem, porabi zavorni upor, 30 % energije pa se porabi zaradi različnih izgub v samem motorju in bremenu.
Razpršena moč zavornega upora pri nizkofrekvenčnem zaviranju je običajno od 1/4 do 1/5 moči motorja, razpršeno moč pa je treba med pogostim zaviranjem povečati. Nekateri frekvenčni pretvorniki z majhno kapaciteto so opremljeni z notranjimi zavornimi upori, vendar pri zaviranju pri visokih frekvencah ali gravitacijskih obremenitvah notranji zavorni upori nimajo zadostnega odvajanja toplote in so nagnjeni k poškodbam. V tem primeru je treba namesto tega uporabiti zunanje zavorne upore z veliko močjo. Vse vrste zavornih uporov morajo uporabljati upore z nizko induktivnostjo; povezovalna žica mora biti kratka in uporabiti je treba zasukano parico ali vzporedno žico. Sprejeti je treba ukrepe za nizko induktivnost, da se prepreči in zmanjša dodajanje energije induktivnosti cevi zavornega stikala, kar lahko povzroči poškodbo cevi zavornega stikala. Če je induktivnost vezja velika, upor pa majhen, bo to povzročilo poškodbo cevi zavornega stikala.
Zavorni upor je tesno povezan z navorom vztrajnika elektromotorja, navor vztrajnika elektromotorja pa se med delovanjem spreminja. Zato je težko natančno izračunati zavorni upor, približna vrednost pa se običajno dobi z empiričnimi formulami.
RZ>=(2 × UD)/V formuli: Ie nazivni tok frekvenčnega pretvornika; UD napetost enosmernega vodila frekvenčnega pretvornika
Zaradi kratkotrajnega načina delovanja zavornega upora se lahko nazivna moč zavornega upora v sistemu za regulacijo hitrosti s spremenljivo frekvenco na splošno izračuna po naslednji formuli, odvisno od značilnosti in tehničnih specifikacij upora:
PB=K × Pav × η%, kjer je PB nazivna moč zavornega upora; K je koeficient zmanjšanja nazivne moči zavornega upora; Pav je povprečna poraba energije med zaviranjem; η je stopnja izkoriščenosti zaviranja.
Da bi zmanjšali raven upora zavornih uporov, različni proizvajalci frekvenčnih pretvornikov pogosto zagotavljajo zavorne upore z enako vrednostjo upora za več različnih zmogljivosti motorjev. Zato je razlika v zavornem navoru, ki se doseže med procesom zaviranja, precejšnja. Na primer, frekvenčni pretvornik serije Emerson TD3000 zagotavlja specifikacijo zavornega upora 3 kW in 20 Ω za frekvenčne pretvornike z zmogljivostjo motorjev 22 kW, 30 kW in 37 kW. Ko zavorna enota prevaja enosmerni tok pri napetosti 700 V, je zavorni tok:
IB=700/20=35A
Moč zavornega upora je:
PB0=(700)2/20=24,5 kW
Zavorna enota in zavorni upor, ki se uporabljata v sistemu za regulacijo hitrosti s spremenljivo frekvenco, sta bistveni konfiguraciji za varno in zanesljivo delovanje sistema za regulacijo hitrosti s spremenljivo frekvenco z regenerativno energijo in natančnimi zahtevami po parkiranju. Zato je treba pri izbiri pravilnega sistema za regulacijo hitrosti s spremenljivo frekvenco optimizirati izbiro zavorne enote in zavornega upora. To ne le zmanjša možnost napak v sistemu za regulacijo hitrosti s spremenljivo frekvenco, temveč tudi omogoči, da ima zasnovani sistem za regulacijo hitrosti s spremenljivo frekvenco visoke kazalnike dinamičnega delovanja.