Fren ünitesi tedarikçileri, endüstriyel otomasyon üretiminin gelişmesiyle birlikte frekans konvertörlerinin kullanım sıklığının arttığını hatırlatıyor. Maksimum üretim verimliliğine ulaşmak için, üretim verimliliğini artırmak amacıyla genellikle enerji tüketen fren üniteleri ve fren dirençleri gibi frekans konvertörlerinin destekleyici ekipmanlarının artırılması gerekir. Frekans konvertörlerindeki enerji tüketen frenlerin özellikleri, eksiklikleri ve bileşimi temelinde, bu makale, frekans konvertörlerindeki enerji tüketen fren üniteleri ve fren dirençlerinin optimizasyon seçim yöntemlerini analiz etmektedir.
1. Frekans konvertörünün enerji tüketimi frenlemesi
Enerji tüketimli frenleme için kullanılan yöntem, frekans dönüştürücünün DC tarafına, frenlemeyi sağlamak için fren direncindeki rejenerasyon elektrik enerjisini tüketen bir frenleme ünitesi bileşeni yerleştirmektir. Bu, rejenerasyon enerjisini işlemenin en doğrudan ve basit yoludur. Rejenerasyon enerjisini, özel bir enerji tüketimli frenleme devresi aracılığıyla dirençte tüketir ve termal enerjiye dönüştürür. Bu dirence direnç frenlemesi denir.
Enerji tüketimli frenlemenin özellikleri basit devre ve düşük fiyattır. Ancak frenleme işlemi sırasında motor hızı azaldıkça, tahrik sisteminin kinetik enerjisi de azalır ve bu da motorun rejeneratif kapasitesinde ve frenleme torkunda bir düşüşe neden olur. Bu nedenle, yüksek ataletli sürtünmeli sistemlerde, düşük hızlarda "sürünme" fenomeniyle karşılaşmak yaygındır ve bu da park etme süresinin veya konumunun doğruluğunu etkiler. Bu nedenle, enerji tüketimli frenleme yalnızca genel yüklerle park etme için geçerlidir. Enerji tüketimli frenleme iki parçadan oluşur: fren ünitesi ve fren direnci.
(1) Fren ünitesi
Frenleme ünitesinin işlevi, DC devresinin Ud gerilimi belirtilen sınırı aştığında enerji dağıtım devresini devreye alarak, DC devresinin frenleme direncinden geçtikten sonra termal enerji şeklinde enerji salmasını sağlamaktır. Frenleme üniteleri iki tipe ayrılabilir: dahili ve harici. Dahili tip, düşük güçlü genel amaçlı frekans dönüştürücüler için uygunken, harici tip, yüksek güçlü frekans dönüştürücüler veya frenleme için özel gereksinimlerin olduğu çalışma koşulları için uygundur. Prensipte ikisi arasında bir fark yoktur. Frenleme ünitesi, bir güç transistörü, bir voltaj örnekleme karşılaştırma devresi ve bir sürücü devresi içeren frenleme direncini bağlamak için bir "anahtar" görevi görür.
(2) Fren direnci
Fren direnci, bir elektrik motorunun rejeneratif enerjisini termal enerji şeklinde tüketmek için kullanılan bir taşıyıcıdır ve iki önemli parametre içerir: direnç değeri ve güç kapasitesi. Mühendislikte yaygın olarak kullanılan iki direnç türü, oluklu dirençler ve alüminyum alaşımlı dirençlerdir: oluklu dirençler, ısı dağılımını kolaylaştırmak ve parazitik endüktansı azaltmak için yüzeylerinde dikey oluklar kullanır ve direnç tellerini yaşlanmaya karşı etkili bir şekilde korumak ve hizmet ömürlerini uzatmak için yüksek alev geciktiricili inorganik kaplamalar seçilir. Alüminyum alaşımlı dirençler, geleneksel porselen çerçeveli dirençlere göre daha iyi hava koşullarına ve titreşime dayanıklıdır ve yüksek gereksinimlere sahip zorlu ortamlarda yaygın olarak kullanılır. Sıkıca monte edilmeleri, ısı emicilerinin kolayca takılması ve güzel bir görünüme sahiptirler.
Enerji tüketimli frenleme süreci şu şekildedir: Elektrik motoru dış kuvvet altında (sürüklenme dahil) yavaşladığında veya geri döndüğünde, elektrik motoru jeneratör durumunda çalışır ve enerji DC devresine geri beslenerek bara voltajının yükselmesine neden olur; Frenleme ünitesi bara voltajını örnekler. DC voltajı frenleme ünitesi tarafından ayarlanan iletim değerine ulaştığında, frenleme ünitesinin güç anahtarı borusu iletime geçer ve akım frenleme direncinden akar; Frenleme direnci elektrik enerjisini termal enerjiye dönüştürerek motorun hızını azaltır ve DC bara voltajını düşürür; Bara voltajı frenleme ünitesi tarafından ayarlanan kesme değerine düştüğünde, frenleme ünitesinin anahtarlama güç transistörü kesilir ve frenleme direncinden akım geçmez.
Fren ünitesi ile frekans konvertörü arasındaki ve fren ünitesi ile fren direnci arasındaki kablolama mesafesi mümkün olduğunca kısa olmalı (kablo uzunluğu 2 metreden az) ve kablo kesiti fren direncinin deşarj akımı gereksinimlerini karşılamalıdır. Fren ünitesi çalışırken, fren direnci büyük miktarda ısı üretecektir. Fren direnci iyi ısı dağılımı koşullarına sahip olmalı ve fren direncini bağlamak için ısıya dayanıklı kablolar kullanılmalıdır. Kablolar fren direncine temas etmemelidir. Fren direnci yalıtım pedleriyle sıkıca sabitlenmeli ve montaj konumu iyi bir ısı dağılımı sağlamalıdır. Fren direncini kabine monte ederken, frekans konvertörü kabininin üstüne monte edilmelidir.
2. Fren ünitesinin seçimi
Genel olarak, bir elektrik motorunu frenlerken, motor içinde nominal torkun yaklaşık %18 ila %22'si kadar bir kayıp meydana gelir. Dolayısıyla, gerekli frenleme torkunun motorun nominal torkunun %18 ila %22'sinden daha az olduğu hesaplanırsa, frenleme cihazı bağlamaya gerek yoktur.
Frenleme ünitesi seçilirken, frenleme ünitesinin maksimum çalışma akımı seçim için tek esastır.
3. Fren direncinin optimizasyon seçimi
Frenleme ünitesinin çalışması sırasında DC bara geriliminin yükselmesi ve düşmesi RC sabitine bağlıdır. Burada R frenleme direncinin direnç değeri, C ise frekans konvertörünün iç kondansatörünün kapasitesidir.
Fren direncinin direnç değeri çok yüksekse, frenleme yavaşlar. Çok küçükse, fren anahtarı bileşenleri kolayca hasar görebilir. Genellikle, yük ataleti çok büyük olmadığında, frenleme sırasında motor tarafından tüketilen enerjinin %70'ine kadarının fren direnci tarafından, %30'unun ise motorun kendisinde ve yükte meydana gelen çeşitli kayıplar tarafından tüketildiği düşünülmektedir.
Düşük frekanslı frenleme için fren direncinin dağıtılan gücü genellikle motor gücünün 1/4 ila 1/5'i kadardır ve sık frenleme sırasında dağıtılan gücün artırılması gerekir. Bazı küçük kapasiteli frekans konvertörleri içlerinde fren dirençleri ile donatılmıştır, ancak yüksek frekanslarda veya yerçekimi yüklerinde frenleme sırasında dahili fren dirençleri yetersiz ısı dağılımına sahiptir ve hasara eğilimlidir. Bu durumda bunun yerine yüksek güçlü harici fren dirençleri kullanılmalıdır. Her türlü fren direncinde düşük endüktanslı yapıya sahip dirençler kullanılmalıdır; Bağlantı teli kısa olmalı ve bükümlü çift veya paralel tel kullanılmalıdır. Endüktans enerjisinin fren anahtarı borusuna eklenmesini ve fren anahtarı borusunda hasara neden olmasını önlemek ve azaltmak için düşük endüktans önlemleri alınmalıdır. Devrenin endüktansı büyük ve direnci küçükse, fren anahtarı borusunda hasara neden olur.
Fren direnci, elektrik motorunun volan torkuyla yakından ilişkilidir ve elektrik motorunun volan torku çalışma sırasında değişir. Bu nedenle, fren direncini doğru bir şekilde hesaplamak zordur ve genellikle deneysel formüller kullanılarak yaklaşık bir değer elde edilir.
RZ>=(2 × UD)/Formülde: Ie frekans dönüştürücünün anma akımı; UD frekans dönüştürücü DC bara gerilimi
Fren direncinin kısa süreli çalışma şekli nedeniyle, direncin özelliklerine ve teknik özelliklerine dayanarak, değişken frekanslı hız düzenleme sisteminde fren direncinin nominal gücü genellikle aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:
PB=K × Pav × η%, burada PB fren direncinin nominal gücüdür; K fren direncinin güç düşürme katsayısıdır; Pav frenleme sırasındaki ortalama güç tüketimidir; η fren kullanım oranıdır.
Fren dirençlerinin direnç seviyesini azaltmak için, çeşitli frekans konvertörü üreticileri genellikle farklı motor kapasiteleri için aynı direnç değerine sahip fren dirençleri sunar. Bu nedenle, frenleme işlemi sırasında elde edilen fren torku farkı önemlidir. Örneğin, Emerson TD3000 serisi frekans konvertörü, 22 kW, 30 kW ve 37 kW motor kapasiteli frekans konvertörleri için 3 kW ve 20 Ω fren direnci spesifikasyonu sağlar. Fren ünitesi 700 V DC gerilimde iletim yaptığında, fren akımı şu şekildedir:
IB=700/20=35A
Fren direncinin gücü:
PB0=(700)2/20=24,5kW
Değişken frekanslı hız regülasyon sisteminde kullanılan fren ünitesi ve fren direnci, rejeneratif enerji ve hassas park gereksinimleri ile değişken frekanslı hız regülasyon sisteminin güvenli ve güvenilir çalışması için olmazsa olmaz konfigürasyonlardır. Bu nedenle, doğru değişken frekanslı hız regülasyon sistemini seçerken, fren ünitesi ve fren direnci seçimi optimize edilmelidir. Bu, değişken frekanslı hız regülasyon sisteminde arıza olasılığını azaltmakla kalmaz, aynı zamanda tasarlanan değişken frekanslı hız regülasyon sisteminin yüksek dinamik performans göstergelerine sahip olmasını da sağlar.