Тормозной прерыватель для частотного преобразователя что это
Как подобрать тормозной резистор для преобразователя частоты
Приводы кранов, конвейеров и другого промышленного оборудования, работающего в повторно-кратковременных режимах с частыми включениями, отключениями и реверсами, оснащают тормозными устройствами, которые обеспечивают быструю остановку электродвигателя. Для этого используются электродинамический и механический метод.
Электродинамическое торможение достигается:
В обоих случаях на валу электродвигателя возникает отрицательный момент, обеспечивающий быструю остановку. Это необходимо для инерционных механизмов с высокой нагрузкой.
Электродинамическое торможение при помощи ПЧ
Большинство частотно-регулируемых приводов обеспечивают динамическое торможение асинхронного электродвигателя. При помощи ПЧ можно реализовать схемы торможения постоянным током и противовключением.
Электродинамическое торможение обладает следующими преимуществами:
При принудительной остановке электродвигателя, электроэнергия рассеивается в цепи, вызывая избыточный нагрев и срабатывание тепловой защиты. Для того чтобы избежать этого, применяют тормозные резисторы, обеспечивающие падение генерируемого напряжения и эффективное рассеивание тепла.
Электродинамическое торможение без дополнительных сопротивлений возможно для оборудования с нечастыми пусками, реверсами и остановками. Для грузоподъемных механизмов, рольтангов, лифтов необходим тормозной резистор.
Частотные преобразователи Данфосс с функцией динамического торможения комплектуются встроенным модулем Brake Choppe. Это устройство представляет собой электронный ключ на транзисторах IGBT, встроенный в звено постоянного тока. Возможна также опциональная комплектация этим блоком. Подключение тормозного резистора без прерывателя недопустимо.
Выбор тормозного резистора
Характеристики резисторов должны отвечать параметрам электропривода, типу частотного преобразователя, режимам пуска и эксплуатации двигателя. Компания Данфосс выпускает широкий модельный ряд добавочных сопротивлений для приводов разной мощности и марок. Тормозные резисторы выбирают:
Расчет характеристик делается по специальной методике на стадии проектирования привода или при его модернизации.
Расчет тормозного резистора
Исходными данными для вычисления параметров тормозных резисторов служат номинальное напряжение, мощность и частота вращения электродвигателя, момент инерции на валу, время остановки и т.д.
Расчет делается в несколько этапов:
Где n1, n2 начальная и конечная скорость замедления, J – сумма все моментов инерции на валу, t – проектное время замедления.
где n1, n2 начальная и конечная скорость замедления, t – проектное время замедления, М- максимальный момент торможения.
где U – напряжение звена постоянного тока, Р – электрическая мощность торможения.
При расчете также учитывается коэффициент уменьшения нагрузки, который зависит от мощности привода, к.п.д. редуктора. Если передаточный механизм не включен в состав электропривода, значение к.п.д. редуктора принимается равным единице.
При необходимости управления торможением без добавочного сопротивления, при программировании ПЧ указываем отсутствие тормозного резистора или выбираем торможение противовключением на низкой частоте.
Компания Данфосс выпускает резисторы с рабочим циклом от 10% до 40%, класса пылевлагозащищенности IP20, IP65. Мощные устройства комплектуют термодатчиками и устройствами защиты от перегрева.
Тормозной прерыватель (Brake Chopper) для преобразователей частот
Частотные преобразователи «Данфосс» позволяют реализовать электродинамическое торможение электродвигателей. Это упрощает и удешевляет кинематическую схему производственного оборудования, обеспечивает более точное позиционирование вала.
Тормозные прерыватели
При торможении электродвигателя, двигатель переходит в режим генератора. При этом электроэнергия поступает на частотный преобразователь, вызывая рост величины напряжения в звене постоянного тока. 20-30% напряжения рассеивается на силовых элементах ПЧ. При дальнейшем росте его величины, чтобы избежать повреждения элементов преобразователя частоты. При этом выдается ошибка с кодом “OV” или “overvoltage”, которая говорит о недопустимом превышении напряжения в звене постоянного тока.
Для обеспечения эффективного торможения электроприводов с высокоинерционными механизмами используются тормозные прерыватели или Brake Chopper. Это устройство представляет собой электронный коммутатор на транзисторах IGBT, подключенный к звену постоянного тока. При достижении напряжения определенного значения, ключ открывается, ток начинает протекать по цепи тормозного резистора. Часть мощности рассеивается.
Время открытия ключа регулируется в зависимости от величины напряжения. Таким образом, чем интенсивней торможение, тем больше мощности рассеивается на резисторе.
Частотные преобразователи Данфосс укомплектованы встроенным прерывателем. Если планируется проектировать высокоинерционный частотно-регулируемый привод, преобразователь должен иметь модуль Brake Chopper. Без него подключение тормозного резистора запрещается. Тормозной прерыватель ПЧ интегрирован в звено в звено постоянного тока, его нельзя приобрести отдельно.
Тормозные резисторы
Тормозные резисторы должны обеспечивать рассеивание генерируемого в режиме торможения без перегрева элементов звена постоянного тока. Устройство выбирают:
По циклу торможения. Эта величина определяется по формуле:
где t – время торможения электрической машины за весь цикл, Т – время общего цикла. Величины выражаются в секундах. Линейка тормозных сопротивлений Danfoss включает устройства с рабочим циклом от 10 до 40%. Если в приводе используются резисторы 40%, вся избыточная мощность поглощается за 40% времени, в оставшиеся 60% устройство рассеивает тепло.
По максимально допустимой нагрузке. Величина вычисляется:
Значение U пост. тока выбирается из таблицы руководства по проектированию частотно-регулируемого привода.
Пиковая мощность торможения определяется из выражения
По сопротивлению торможения с максимальным крутящим моментом (R рек). Эта характеристика вычисляется по формуле:
где η двиг. составляет 0,80 (для электрических машин мощностью до 75 кВт) и 0,85 ( для двигателей 11–22 кВт).
Сопротивление тормозного резистора не должно превышать рекомендованного разработчиками значения. В противном случае, тормозной момент не достигнет нужной величины, частотный преобразователь просто отключится.
Частотные преобразователи с тормозными прерывателями используются:
Выбор частотных преобразователей делается на стадии проектирования. Компания «Данфосс» выпускает несколько серий ПЧ с функциями электродинамического торможения для любого производственного оборудования и механизмов.
Тормозной прерыватель для частотного преобразователя что это
Рекуперативное торможение на частотно-регулируемом приводе.
Вспомним устройство преобразователя частоты. 
Трехфазное переменное напряжение
380В, выпрямляется 6-пульсным выпрямителем и становится 537В постоянного тока. Далее, с помощью инвертора (ШИМ) это напряжение преобразуется обратно в переменное, но уже регулируемое по частоте и амплитуде.
При торможении электропривода с высокоинерционной нагрузкой, двигатель может переходить в генераторный режим. Генерируемая при этом энергия возвращается в частотный преобразователь и выпрямляется на обратных диодах IGBT-транзисторов, следовательно растет напряжение на звене постоянного тока (ЗПТ). Часть этого напряжения (20-30%) может быть рассеяно на силовых элементах, на разрядных резисторах ЗПТ и др. Именно об этом и говорит характеристика преобразователя: «Тормозящий крутящий момент.
Как работает тормозной прерыватель.
При достижении порога срабатывания, тормозной прерыватель открывает цепь импульсами ШИМ периодом Т (
20msec). Мощность рассеивания на резисторе Pрез за время работы прерывателя tраб будет равно площади под Uэф (заштрихованная область).
Pрез = Uэф^2 / Rрез = I^2 * Rрез.
Следовательно, регулируя значение открытия ключа t (
5msec) можно регулировать мощность рассеивания и ток протекающий через тормозной резистор. Значение t регулируется автоматически в зависимости от значения напряжения на звене постоянного тока. Чем выше напряжение на ЗПТ, тем больше время t и больше мощность рассеивания.
В качестве резисторов используют пожаростойкие проволочные резисторы с большой мощностью рассеивания. Сопротивление и мощность резисторов должна рассчитываться в соответствии с каждой решаемой задачей, однако у каждого производителя есть рекомендуемые значения, применяемые в большинстве решаемых задач. Однако для сложных задач, расчеты все-таки рекомендовано провести, например, продолжительное опускание груза краном.
Отличный пример расчета тормозных сопротивлений есть в «Технической коллекции Schneider Electric», называется «Выпуск № 7 Методика по силовому расчету частотнорегулируемых электроприводов крановых механизмов».
Расчет и выбор тормозного резистора для частотного преобразователя
Тормозной резистор применяется для быстрого понижения скорости или торможения двигателя, особенно, если двигатель работает с большим инерционным моментом.
При торможении асинхронный двигатель работает в режиме генератора, его отдаваемая электрическая энергия способна вызвать перенапряжение в сети постоянного тока, для гашения этого эффекта применяют тормозные резисторы.
Что такое динамическое торможение частотного преобразователя
Для обеспечения безопасной остановки электродвигателя в конструкции преобразователя частоты предусмотрен режим торможения. Например, в преобразователях частоты с АИН (автономным инвертором напряжения) присутствует возможность торможения электродвигателя постоянным током, который поступает в статорную обмотку.
Если выпрямитель не реверсивный, существует режим динамического торможения частотного преобразователя с введением резистора в цепь статора двигателя. Динамическое торможение частотного преобразователя с использованием тормозных резисторов позволяет при понижении энергопотребления уменьшить нагрев электродвигателя. Благодаря динамическому регулируемому торможению инвертор становится полностью управляемым устройством.
Рис. №1. Тормозной резистор РБ4
Возможность использования торможения постоянным током накладывает на преобразователь частоты некоторые ограничения. Так, его можно использовать только в установках с нечастым режимом торможения и только в тех случаях, когда отсутствует нагрузка, способная перевести электрический двигатель в генераторный режим, при котором велика вероятность перегрева двигателя и аварийное отключение.
Динамическое торможение при изменении сопротивления добавочных тормозных резисторов позволяет получить различные желаемые искусственные характеристики электродвигателя.
Тормозные прерыватели и тормозные резисторы, незаменимые компоненты частотного преобразователя
Преобразователь частоты не использующий добавочное устройство для торможения обладает тормозным моментом, который равен 30% от номинального.
Тормозные прерыватели и тормозные резисторы, составляющие элементы дополнительного тормозного устройства. Тормозной прерыватель, как правило, встроенного типа, тормозной резистор относится к внешним компонентам.
Тормозной резистор легкой категории (LD) служит для облегчения режимов торможения и обеспечивает момент торможения, который равен номинальному и длится 5 сек при выполнении торможения до нулевой скорости.
Рис. №2. Пожаростойкий проволочный тормозной резистор 80 Ом, 1000Вт, большой мощности и с малым сопротивлением
Тяжелый режим работы имеет свои, предназначенные для этого резисторы типа HD. Они служат для создания тормозного момента, равного номинальному при скорости номинального значения 3 сек + 7сек, при включении торможения к нулю.
Рабочий цикл для этих режимов происходит не чаще, чем 1 раз в течение 2 мин. Резисторы HD изготавливают из стали, резисторы малой мощности выполняются из алюминиевого профиля. Резисторы с большой мощностью оборудованы термисторами и включают в комплект тепловой ключ с температурой расцепления до 220 о С.
Пример тормозных резисторов преобразователя частоты ОВЕН
Примером тормозных резисторов служат балластные резисторы, подключаемые с помощью встроенных тормозных ключей. Хороший пример – это тормозные резисторы ОВЕН РБх.
Их краткое описание.
Они считаются обязательной опцией в конструкции частотного преобразователя, предусмотренного для работы с подъемно-транспортными машинами (транспортеры или подъемники), с высокоинерционными механизмами, например: дымососами, рольтангами или тягодутьевым оборудованием. Подобные ПЧ применяются для станочного оборудования различных типов, пример: токарные станки, шлифовальные или сверлильные. Резистор РБ2, РБ3, РБ4 отличают следующие достоинства
Устройство представляет собой проволочную конструкцию с основанием из керамического или алюминиевого корпуса. Существует два типа резисторов, рассчитанных на 80 Ом, 1 кВт и на 400 Ом, 200 кВт. Резисторы, используемые в Пч, могут быть одного типа, или может быть использована группа резисторов, подключенных параллельно. Резисторы промышленного использования обладают степенью защиты IP54 и IP20.
Рис. №3. Основные технические параметры тормозных резисторов ОВЕН РБх
Рис. №4. Схема подключения тормозных резисторов к преобразователю частоты
Как подобрать тормозной резистор?
Выбор тормозных резисторов зависит от номинала по мощности преобразователя частоты. Для всех номиналов существует возможность работы в тяжелом режиме. Наиболее часто такие преобразователи работают в грузоподъемных машинах и оборудовании (40%). Важно учитывать и легкий режим работы (10%), он характерен для конвейеров или дымососов.
В тяжелом режиме работают резисторы РБ2 и РБ4.
Выбор тормозных резисторов осуществляется с помощью расчета или с использованием табличных значений.
Расчет тормозного резистора
Расчет и изготовление тормозного резистора частотника зависит от использования алгоритма, зависящего от максимального момента торможения Мторм.Момент зависит от следующих характеристик:
Формула (1) максимального момента торможения
Формула (2) максимальной мощности торможения
Формула (3) максимальной электрической мощности торможения.
Рис. № 5. Таблица формул расчета тормозного резистора
Коэффициент снижения нагрузки торможения зависит от мощности привода и находится по таблице.
Рис. №6. Выбор коэффициента уменьшения нагрузки торможения
Важно: во время работы электродвигателя в комплектации с редуктором учитывается КПД редуктора. В случае отсутствия редуктора КПД равно единице.
Что делать, когда резистора нет
Частотник и тормозной резистор – обязательная конструктивная комплектация привода, но может оказаться, что резистор отсутствует. Что делать, когда резистора нет?
В этом случае привод включается в работу в зависимости от следующего алгоритма действий:
Тормозной резистор и тормозной прерыватель
Преобразователь частоты может осуществлять остановку или торможение двигателя. Существует
несколько вариантов остановки двигателя:
В случае, когда требуется время остановки меньше, чем время остановки приводимого двигателем механизма по инерции, двигателю требуется создать тормозной момент. Преобразователь частоты может создать тормозной момент порядка 20% от номинального момента двигателя, этого как правило достаточно для остановки неинерционных нагрузок или когда нет ограничения по времени остановки.
В случае с нагрузками, обладающими высокой инерцией (кинетической энергией) или слишком коротким временем торможения, двигатель может перейти в генераторные режим работы, в результате которого возникает рекуперация энергии нагрузки. Рекуперация энергии приводит к перенапряжению в звене постоянного тока преобразователя частоты.
Для предотвращения перенапряжений в звене постоянного тока преобразователя частоты и рассеивания энергии рекуперации необходимо использовать тормозные резисторы, которые рассеивают избыточную электрическую энергию в виде тепла.
Для коммутации тормозного резистора к звену постоянного тока преобразователя частоты применяют тормозной прерыватель (тормозной модуль), он включается, когда уровень напряжения в звене постоянного тока ПЧ превысит заданный уровень. Как правило, преобразователи частоты небольшой мощности имеют встроенный тормозной прерыватель, в этом случае тормозной резистор подключается напрямую к преобразователю частоты (см. Рис.1)
Рис.1 Подключение тормозного резистора к преобразователю частоты с встроенным тормозным прерывателем Для подключения тормозного резистора к преобразователям частоты большой мощности, потребуется внешний тормозной прерыватель. Тормозной прерыватель подключается к преобразователю частоты на клеммы звена постоянного тока, а тормозной резистор непосредственно к тормозному прерывателю (см. Рис.2).
Рис.2 Подключение внешнего тормозного прерывателя и тормозного резистора к преобразователю частоты.
Параметры тормозного резистора (сопротивление и мощность) зависят от максимальной энергии выделяемой приводом в момент торможения, а так же от допустимого тока тормозного прерывателя.