Các nhà cung cấp bộ hãm xin lưu ý rằng với sự phát triển của sản xuất tự động hóa công nghiệp, tần suất sử dụng biến tần ngày càng tăng. Để đạt được hiệu suất sản xuất tối đa, việc tăng cường các thiết bị hỗ trợ cho biến tần, chẳng hạn như bộ hãm tiêu thụ năng lượng và điện trở hãm, thường là cần thiết để cải thiện hiệu quả sản xuất. Dựa trên đặc điểm, nhược điểm và thành phần của bộ hãm tiêu thụ năng lượng trong biến tần, bài viết này phân tích các phương pháp lựa chọn tối ưu bộ hãm tiêu thụ năng lượng và điện trở hãm trong biến tần.
1. Phanh tiêu thụ năng lượng của bộ biến tần
Phương pháp phanh tiêu thụ năng lượng là lắp đặt một bộ phận phanh ở phía DC của bộ biến tần, bộ phận này tiêu thụ năng lượng điện tái tạo trên điện trở phanh để thực hiện phanh. Đây là cách xử lý năng lượng tái tạo trực tiếp và đơn giản nhất. Nó tiêu thụ năng lượng tái tạo trên điện trở thông qua một mạch phanh tiêu thụ năng lượng chuyên dụng và chuyển đổi thành năng lượng nhiệt. Điện trở này được gọi là phanh điện trở.
Đặc điểm của phanh tiêu thụ năng lượng là mạch điện đơn giản và giá thành thấp. Tuy nhiên, trong quá trình phanh, khi tốc độ động cơ giảm, động năng của hệ thống dẫn động cũng giảm theo, dẫn đến khả năng tái tạo và mô-men xoắn phanh của động cơ giảm. Do đó, trong các hệ thống cản có quán tính cao, hiện tượng "bò" ở tốc độ thấp thường xảy ra, ảnh hưởng đến độ chính xác của thời gian hoặc vị trí đỗ xe. Do đó, phanh tiêu thụ năng lượng chỉ áp dụng cho việc đỗ xe với tải trọng thông thường. Phanh tiêu thụ năng lượng bao gồm hai bộ phận: cụm phanh và điện trở phanh.
(1) Bộ phận phanh
Chức năng của bộ hãm là kết nối mạch tiêu tán năng lượng khi điện áp Ud của mạch DC vượt quá giới hạn quy định, cho phép mạch DC giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt năng sau khi đi qua điện trở hãm. Bộ hãm có thể được chia thành hai loại: tích hợp và ngoài. Loại tích hợp phù hợp với các bộ biến tần đa năng công suất thấp, trong khi loại ngoài phù hợp với các bộ biến tần công suất cao hoặc điều kiện làm việc có yêu cầu đặc biệt về hãm. Về nguyên tắc, không có sự khác biệt giữa hai loại. Bộ hãm hoạt động như một "công tắc" để kết nối điện trở hãm, bao gồm một transistor công suất, mạch so sánh lấy mẫu điện áp và mạch điều khiển.
(2) Điện trở phanh
Điện trở phanh là một loại điện trở được sử dụng để tiêu thụ năng lượng tái tạo của động cơ điện dưới dạng nhiệt năng, bao gồm hai thông số quan trọng: giá trị điện trở và công suất. Hai loại điện trở thường được sử dụng trong kỹ thuật là điện trở dạng sóng và điện trở hợp kim nhôm: điện trở dạng sóng sử dụng các gợn sóng dọc bề mặt để tản nhiệt tốt hơn và giảm độ tự cảm ký sinh, và lớp phủ vô cơ chống cháy cao được lựa chọn để bảo vệ hiệu quả dây điện trở khỏi bị lão hóa và kéo dài tuổi thọ sử dụng; điện trở hợp kim nhôm có khả năng chống chịu thời tiết và chống rung tốt hơn so với điện trở khung sứ truyền thống, và được sử dụng rộng rãi trong môi trường khắc nghiệt với yêu cầu cao. Chúng dễ dàng lắp đặt chặt chẽ, dễ dàng gắn tản nhiệt và có vẻ ngoài đẹp mắt.
Quá trình phanh tiêu thụ năng lượng như sau: khi động cơ điện giảm tốc hoặc đảo ngược dưới tác dụng của lực bên ngoài (bao gồm cả bị kéo), động cơ điện chạy ở trạng thái phát điện và năng lượng được đưa trở lại mạch DC, làm cho điện áp bus tăng lên; Bộ phận phanh lấy mẫu điện áp bus. Khi điện áp DC đạt đến giá trị dẫn điện do bộ phận phanh đặt, ống chuyển mạch nguồn của bộ phận phanh dẫn điện và dòng điện chạy qua điện trở phanh; Điện trở phanh chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng nhiệt, làm giảm tốc độ của động cơ và hạ điện áp bus DC; Khi điện áp bus giảm xuống giá trị cắt do bộ phận phanh đặt, bóng bán dẫn công suất chuyển mạch của bộ phận phanh bị cắt và không có dòng điện nào chạy qua điện trở phanh.
Khoảng cách đấu dây giữa bộ hãm và bộ biến tần, cũng như giữa bộ hãm và điện trở hãm, phải càng ngắn càng tốt (chiều dài dây nhỏ hơn 2m), và tiết diện dây phải đáp ứng yêu cầu về dòng xả của điện trở hãm. Khi bộ hãm hoạt động, điện trở hãm sẽ tỏa ra một lượng nhiệt lớn. Điện trở hãm phải có khả năng tản nhiệt tốt, và nên sử dụng dây chịu nhiệt để kết nối điện trở hãm. Dây không được chạm vào điện trở hãm. Điện trở hãm phải được cố định chắc chắn bằng miếng đệm cách điện, và vị trí lắp đặt phải đảm bảo tản nhiệt tốt. Khi lắp đặt điện trở hãm trong tủ, nên lắp đặt trên đỉnh tủ biến tần.
2. Lựa chọn bộ phận phanh
Nhìn chung, khi phanh động cơ điện, bên trong động cơ sẽ có một lượng tổn thất nhất định, khoảng 18% đến 22% mô-men xoắn định mức. Do đó, nếu mô-men xoắn phanh cần thiết được tính toán nhỏ hơn 18% đến 22% mô-men xoắn định mức của động cơ, thì không cần kết nối thiết bị phanh.
Khi lựa chọn bộ phận phanh, dòng điện hoạt động tối đa của bộ phận phanh là cơ sở duy nhất để lựa chọn.
3. Lựa chọn tối ưu điện trở phanh
Trong quá trình hoạt động của bộ hãm, sự tăng giảm của điện áp DC bus phụ thuộc vào hằng số RC, trong đó R là giá trị điện trở của điện trở hãm và C là dung lượng của tụ điện bên trong bộ biến tần.
Giá trị điện trở của điện trở phanh quá cao, khiến phanh chậm. Nếu giá trị điện trở quá nhỏ, linh kiện công tắc phanh dễ bị hư hỏng. Thông thường, khi quán tính của tải không quá lớn, người ta tin rằng có tới 70% năng lượng động cơ tiêu thụ trong quá trình phanh là do điện trở phanh tiêu thụ, và 30% năng lượng còn lại là do các tổn thất khác nhau của bản thân động cơ và tải.
Công suất tiêu tán của điện trở hãm khi hãm tần số thấp thường bằng 1/4 đến 1/5 công suất động cơ và cần tăng công suất tiêu tán trong quá trình hãm thường xuyên. Một số bộ biến tần công suất nhỏ được trang bị điện trở hãm bên trong, nhưng khi hãm ở tần số cao hoặc tải trọng trọng trường, điện trở hãm bên trong tản nhiệt không đủ và dễ bị hỏng. Trong trường hợp này, nên sử dụng điện trở hãm ngoài công suất lớn thay thế. Tất cả các loại điện trở hãm nên sử dụng điện trở có cấu trúc tự cảm thấp; Dây kết nối nên ngắn và nên sử dụng dây xoắn đôi hoặc song song. Cần thực hiện các biện pháp tự cảm thấp để ngăn ngừa và giảm năng lượng tự cảm được thêm vào ống công tắc phanh, gây hỏng ống công tắc phanh. Nếu độ tự cảm của mạch lớn và điện trở nhỏ, sẽ gây hỏng ống công tắc phanh.
Lực cản phanh có liên quan chặt chẽ với mô men xoắn bánh đà của động cơ điện, và mô men xoắn bánh đà của động cơ điện thay đổi trong quá trình vận hành. Do đó, rất khó để tính toán chính xác lực cản phanh, và giá trị gần đúng thường được tính bằng công thức thực nghiệm.
RZ>=(2 × UD)/Trong công thức: Ie là dòng điện định mức của bộ biến tần; UD là điện áp bus DC của bộ biến tần
Do chế độ làm việc ngắn hạn của điện trở phanh, dựa trên đặc tính và thông số kỹ thuật của điện trở, công suất danh định của điện trở phanh trong hệ thống điều chỉnh tốc độ tần số thay đổi thường có thể được tính toán bằng công thức sau:
PB=K × Pav × η%, trong đó PB là công suất danh định của điện trở phanh; K là hệ số giảm công suất của điện trở phanh; Pav là mức tiêu thụ công suất trung bình trong quá trình phanh; η là tỷ lệ sử dụng phanh.
Để giảm mức điện trở của điện trở hãm, nhiều nhà sản xuất biến tần thường cung cấp điện trở hãm với cùng giá trị điện trở cho nhiều công suất động cơ khác nhau. Do đó, sự khác biệt về mô-men xoắn hãm thu được trong quá trình hãm là đáng kể. Ví dụ, bộ biến tần Emerson TD3000 series cung cấp thông số kỹ thuật điện trở hãm là 3kW và 20 Ω cho các biến tần có công suất động cơ 22kW, 30kW và 37kW. Khi bộ hãm dẫn điện ở điện áp DC 700V, dòng điện hãm là:
IB=700/20=35A
Công suất của điện trở phanh là:
PB0=(700)2/20=24,5kW
Bộ phận phanh và điện trở phanh được sử dụng trong hệ thống điều chỉnh tốc độ tần số biến thiên là những cấu hình thiết yếu cho hoạt động an toàn và đáng tin cậy của hệ thống điều chỉnh tốc độ tần số biến thiên với năng lượng tái tạo và yêu cầu đỗ xe chính xác. Do đó, khi lựa chọn hệ thống điều chỉnh tốc độ tần số biến thiên phù hợp, việc lựa chọn bộ phận phanh và điện trở phanh cần được tối ưu hóa. Điều này không chỉ giảm thiểu khả năng xảy ra lỗi trong hệ thống điều chỉnh tốc độ tần số biến thiên mà còn cho phép hệ thống điều chỉnh tốc độ tần số biến thiên được thiết kế có các chỉ số hiệu suất động cao.