Постачальник допоміжного обладнання для перетворювачів частоти нагадує, що в системі керування швидкістю з перетворенням частоти основним методом зниження швидкості є поступове зниження заданої частоти. Коли інерція гальмівної системи велика, зниження швидкості двигуна не встигатиме за зниженням швидкості синхронного двигуна, тобто фактична швидкість двигуна вища за його синхронну швидкість. У цей час напрямок ліній магнітного поля, що перетинаються обмоткою ротора двигуна, прямо протилежний напрямку роботи двигуна з постійною швидкістю. Напрямок індукованої електрорушійної сили та струму обмотки ротора також протилежний напрямку обертання двигуна, і двигун створюватиме негативний крутний момент. У цей час двигун фактично є генератором, а система знаходиться в стані рекуперативного гальмування. Кінетична енергія гальмівної системи подається назад на шину постійного струму перетворювача частоти, що призводить до постійного зростання напруги на шині постійного струму, яка навіть досягає небезпечного рівня (наприклад, пошкодження перетворювача частоти).
1. Огляд гальмівного блоку
Гальмівний блок, також відомий як «гальмівний блок із питомим споживанням енергії перетворювача частоти» або «блок зворотного зв'язку щодо питомої енергії перетворювача частоти», використовується переважно для керування ситуаціями з великими механічними навантаженнями та вимогами до дуже високої швидкості гальмування. Він споживає рекуперовану електричну енергію, що генерується двигуном через гальмівний резистор, або подає рекуперовану електричну енергію назад до джерела живлення.
2. Функція гальмівного блоку
Коли електродвигун швидко зупиняється, він передає енергію до перетворювача частоти, що призводить до підвищення напруги шини постійного струму та навіть пошкодження IGBT. Тому для захисту перетворювача частоти потрібен гальмівний блок, який споживатиме цю енергію.
3. Спосіб гальмування перетворювача частоти
1. Гальмування з підсилювачем.
Відноситься до методу використання гальмівного резистора, встановленого в колі постійного струму, для поглинання рекуперативної енергії двигуна.
2. Гальмування зі зворотним зв'язком.
В основному, це стосується перетворювачів частоти струмового типу або перетворювачів частоти напруги з інверторами, встановленими у секції випрямлення, рекуперативна енергія двигуна подається назад у мережу змінного струму.
3. Багатоінверторний привід зі спільною шиною постійного струму.
Рекуперативна енергія двигуна A подається назад до загальної шини постійного струму, а потім споживається двигуном B. Мультиінверторний привід зі спільною шиною постійного струму можна розділити на два типи: спільна збалансована шина постійного струму та спільна шина постійного струму. Метод спільної збалансованої шини постійного струму полягає у використанні модулів підключення до шини постійного струму. Модуль підключення містить реактори, запобіжники та контактори, які повинні бути розроблені окремо відповідно до конкретних обставин. Кожен перетворювач частоти має відносну незалежність і може бути підключений або відключений від шини постійного струму за потреби. Метод спільної шини постійного струму полягає у підключенні лише інверторної частини до загальної шини постійного струму.
4. Гальмування постійним струмом.
Коли перетворювач частоти подає постійний струм на статор двигуна, асинхронний двигун перебуває в стані гальмування зі споживанням енергії. У цьому випадку вихідна частота перетворювача частоти дорівнює нулю, а магнітне поле статора двигуна більше не обертається. Обертовий ротор прорізає це статичне магнітне поле та генерує гальмівний момент. Кінетична енергія, що накопичується в обертовій системі, перетворюється на електричну енергію та споживається в колі ротора електродвигуна.
4. Функція гальмівного резистора
Під час зниження робочої частоти електродвигун перебуватиме в стані рекуперативного гальмування, а кінетична енергія системи приводу буде подаватись назад у коло постійного струму, що призведе до постійного зростання напруги постійного струму UD, яка навіть досягне небезпечного рівня. Тому необхідно споживати енергію, рекуперовану в колі постійного струму, щоб підтримувати UD у допустимому діапазоні. Гальмівний резистор використовується для споживання цієї енергії.
Кожен перетворювач частоти має гальмівний блок (малопотужний – це гальмівний резистор, високопотужний – потужний транзистор GTR та його схема керування), малопотужний – вбудований, а високопотужний – зовнішній.
5. Процес гальмування гальмівного блоку та гальмівного резистора
1. Коли електродвигун гальмує під дією зовнішньої сили, він працює в режимі генерації, виробляючи рекуперативну енергію. Генерована ним електрорушійна сила трифазного змінного струму випрямляється трифазним повністю керованим мостом, що складається з шести діодів вільного ходу в інверторній секції перетворювача частоти, який постійно збільшує напругу шини постійного струму всередині перетворювача частоти.
2. Коли напруга постійного струму досягає певної напруги (пускової напруги гальмівного блоку), трубка вимикача живлення гальмівного блоку вимикається, і струм протікає через гальмівний резистор.
3. Гальмівний резистор виділяє тепло, поглинає рекуперативну енергію, зменшує швидкість двигуна та знижує напругу шини постійного струму перетворювача частоти.
4. Коли напруга шини постійного струму падає до певного рівня (напруга зупинки гальмівного блоку), силовий транзистор гальмівного блоку вимикається. У цей час через резистор не протікає гальмівний струм, і гальмівний резистор природним чином розсіює тепло, знижуючи власну температуру.
5. Коли напруга шини постійного струму знову зростає, що призводить до активації гальмівного блоку, він повторить вищезазначений процес, щоб збалансувати напругу шини та забезпечити нормальну роботу системи.