Расчет и выбор тормозных резисторов для преобразователей частоты. Тормозной резистор для частотного преобразователя

Советы и вопросы
Тормозной резистор для частотного преобразователя - Главные преимущества использования тормозных сопротивлений и модулей Расчет тормозного резистора Как правильно рассчитать тормозной резистор для частотного преобразователя Как подобрать тормозной резистор? Данные для преобразователей со встроенными тормозными транзисторами

Примером тормозных резисторов служат балластные резисторы, подключаемые с помощью встроенных тормозных ключей. Хороший пример – это тормозные резисторы ОВЕН РБх.

Расчет тормозного сопротивления преобразователей частоты

Частотный привод при работе в 4 квадрантах должен осуществлять как передачу энергии в двигатель, так и отток энергии от двигателя. Хотя конечно и существует торможение постоянным током, которое работает в весьма малоэффективном диапазоне частот и служит порой для предварительного намагничения двигателя и удержания вала на низких частотах, где слабо работает основное для преобразователя частоты динамическое торможение. Так как основа динамического торможения — перевод двигателя в генераторный режим, то возникает вопрос по поводу оттока энергии с двигателя, т.к. выпрямитель не позволяет его вернуть в сеть средствами преобразователя частоты. Напряжение на звене постоянного тока при этом растет и возникает ошибка «перенапряжение», присущая торможению больших инерционных масс и резкому торможению (рулоны листов, роторы дробилок, большие барабаны и шестерни).

Тормозной модуль (ключ, «чоппер») – электрическое переключающее устройство коммутирующее напряжение постоянного тока на резистор, на котором энергия рекуперации рассеивается в виде тепла. Тормозные модули включаются автоматически, когда напряжение на шине постоянного тока превышает установленный (настраиваемый) уровень, зависящий от номинального напряжения питания инвертора.
Для ограничения напряжения на DC шине энергия при рекуперации передается резисторам через тормозные прерыватели (тормозные модули).

Тормозные резисторы

ROFSRX MSRX

Резисторы можно подобрать из раздела каталога.

Резисторы требуются когда:
нужно эффективное торможение с длительностью торможения более 10% от циклограммы работы;

  • во избежание ошибки перенапряжения, когда мотор подключен к несбалансированной, либо высокоинерционной нагрузке;
  • когда нагрузка «тянет» мотор ( например, подъемник, лифт или грузоподъемный механизм типа подъемного крана);
  • в приложениях вертикального или горизонтального перемещения, когда точность позиционирования очень важна, хотя здесь стоит оговориться о том, что это вызвано снижающейся эффективностью торможения при росте напряжения на звене постоянного тока, так как приходится преодолевать все большее ЭДС. Существенного эффекта применение резисторов в данном случае не несет.

В зависимости от инвертора, резисторы могут подключаться напрямую (встроенный тормозной ключ обычно в моделях до 30 кВт), либо через тормозной модуль. В любом случае, если торможение производится с циклом более 10% стоит оценить тормозной ключ или модуль на предмет работы на тормозные токи в длительном режиме. Сопротивление и мощность рассеивания тормозных резисторов обычно указана в инструкции на преобразователь частоты, следует соблюдать несколько очень важных условий по подбору тормозных резисторов: их мощность и сопротивление указаны для ПВ торможения 10%, если выбираете для иных ПВ, то требуется корректировка. Следует выбирать сопротивление не менее минимального рекомендованного, так как тормозной ток не должен превышать ток тормозного модуля или ключа как в кратковременном так и в длительном режиме. Номинал не должен быть завышен, так как рост сопротивления уменьшает отток мощности и следовательно падает эффективность торможения. Мощность рассеивания определяется исходя из ПВ торможения и задачи, так для простых задач хватает рекомендованных, но для лебедок грузоподъемных механизмов стоит оценить спуск груза, ПВ в таком случае будет минимум 60%. При оценке ПВ в цикле стоит отметить, что для резисторов длительность включения определяется исходя из максимального времени работы в цикле не более 120 сек, при котором уже считается, что резистор работает при ПВ100%, то есть если время цикла более 120 сек, берется часть цикла длительностью 120 сек с максимальным временем использования торможения.

    Возможность выполнения процессов регулируемого торможения и остановки управляемых приводных механизмов без последствий перегрева и возможного выхода из строя звена постоянного тока преобразователей частоты.

Пример расчета тормозного резистора

В качестве примера, рассмотрим работу преобразователя частоты серии GA700 (модель CIPR-GA70C4208) с двигателем АИР 280 М6 с циклом работы в 90 секунд и временем торможения 4 секунды (остановка производится с номинальной скорости вращения до 0). Двигатель подключен к механизму напрямую (без редуктора), а общий момент инерции составляет 38 кг*м 2 .

Циклограмма работы с участком торможения двигателя

Циклограмма работы с участком торможения двигателя

Из циклограмм видно насколько сильно растет значение момента при переходе в отрицательную область во время торможения.

Если не предпринять меры по утилизации энергии, которая поступает на ПЧ во время торможения электродвигателя, то преобразователь отключится по ошибке перенапряжения на звене постоянного тока (код OV у YASKAWA). А в случае большой инерционной нагрузки на валу электродвигателя могут выйти из строя конденсаторы звена постоянного тока (ЗПТ).

Для утилизации возникающей энергии используют или тормозные сопротивления, преобразующие энергию в тепло, или рекуператоры для возврата ее в питающую сеть.

Для выбора тормозного резистора в первую очередь нам нужно определить электрическую мощность торможения:

Находим номинальную скорость двигателя в рад/с:

wном = 2p * nном / 60 = 2p * 968 / 60 = 101,3 рад/c

Рассчитываем максимальный момент для полной остановки по заданному циклу. Если механика имеет в своем составе несколько кинематических узлов (например, редукторы, барабаны и т.д.), то в суммарном моменте инерции эти узлы должны быть приведены к валу двигателя:

Mмакс = J* (wнач – wкон) / tторм = 38 * (101,3 – 0) / 4 = 962,35 Н * м

Определяем максимальную мощность при торможении:

Pмакс = Mмакс * (wнач – wкон) = 962,35 ´ (101,3 – 0) = 97486 Вт

Определяем электрическую мощность торможения. Так, как отсутствует редуктор, то величину его КПД берем равной 100%:

Pэл.торм = (Pмакс – k * Pном.дв) – ((1 – hред) * Pмакс )= (97486 – 0,05 * 90000) – ((1 – 1) * 97486) = 92986 Вт

Здесь k – вспомогательный коэффициент, зависящий от номинальной мощности двигателя:

Производим расчет допустимого сопротивления резистора:

Rмакс = U 2 зпт / Pэл.торм = 760 2 / 92986 = 6,2 Ом

будет иметь следующие значения в зависимости от величины напряжения на входе ПЧ:

– для 220 В: Uзпт = 388 В ± 3 %

Определяем продолжительность включения (ПВ) для режима торможения:

ПВ = (tторм / Tцикла) ´ 100% = (4 / 90) ´ 100% = 4,4 %

Находим номинальную мощность тормозного резистора:

Pторм.ном = Pэл.торм / fk = 92986 / 10 = 9298,6 Вт

Выбор тормозного модуля

Для сброса энергии со звена постоянного тока при его повышении используется специальный силовой транзистор, называемый тормозным. Он может быть, как встроенным, так и внешним. У преобразователей YASKAWA тормозные модули встроены в сам ПЧ до определенной мощности:

Тормозной модуль YASKAWA CDBR-4045D

Пример внешнего тормозного модуля YASKAWA CDBR-4045D

Для проверки работоспособности тормозного транзистора в данном режиме, необходимо найти ток, который будет протекать через него во время торможения. В нашем случае это будет:

Iторм = Uзпт / Rторм.ном = 760 / (15 / 2) = 101,3 А

В данном случае преобразователь GA700 имеет номинальную мощность 90 кВт при тяжелом режиме нагрузки HD и требует установки внешних тормозных модулей. По каталогу рекомендуется установка двух модулей CDBR-4045D с максимальным суммарным током 120 А.

Таблица характеристик тормозных модулей YASKAWA CDBR

Таблица характеристик тормозных модулей YASKAWA CDBR

Остановка на свободном выбеге означает, что при подаче команды STOP выходы преобразователя отключаются от двигателя, и его ротор вращается по инерции. Время торможения при этом будет неопределенным, зависящим только от инерционных свойств нагрузки. Этот режим выбирается, когда нагрузка имеет большой момент инерции, а время торможения не критично.

Типы тормозных резисторов

Существует два вида тормозных резисторов, отличающихся материалом корпуса:

По сравнению с керамическими, алюминиевые резисторы больше используются в погрузочно-разгрузочных машинах и агрегатах (ленточный конвейер, башенный кран). Они удобные, аккуратные, «упакованные» в оболочку. Их можно прикрепить на теплопроводное основание. Для увеличения теплосъема можно помещать в теплоотводящую жидкость. Но в цене они дороже керамических.

aluminieviy-rezistor

Алюминиевый тормозной резистор

Также резисторы различают по типу заявленной мощности. При выборе нужно ориентироваться на два основных показателя: сопротивление R и рассеиваемую мощность P.

Для лучшего сочетания некоторые резисторы собирают блоками из нескольких штук. При этом номиналы у всех в комплекте должны быть одинаковыми. Если прибор с подходящей мощностью отсутствует, то создают последовательное или параллельное соединение и подключают таким образом.

Резисторные блоки подключают напрямую при помощи тормозного модуля. Все зависит от того, какой преобразователь используется. Если процесс торможения занимает больше времени чем требуется, рекомендуется выполнить проверку ТР на наличие больших токов. Поэтому рекомендуется выбирать ТР с увеличенной номинальной мощностью, нежели указано в инструкции.

Механизмы, работа которых напрямую связана с электродвигателем, достаточно будет стандартного сопротивления тормозного резистора. Для более крупных машин сопротивление подбирается исходя из длительности и особенностей тормозного процесса.

Справка! Напряжение звена постоянного тока при замыкании тормозного ключа составляет 760 вольт.

Основные характеристики тормозных резисторов

Характеристики резисторов должны отвечать параметрам электропривода, типу частотного преобразователя, режимам пуска и эксплуатации двигателя. Тормозные резисторы выбирают:

  • По циклу торможения;
  • Числу фаз;
  • Номинальному напряжению;
  • Максимальной и номинальной мощности;
  • Сопротивлению;
  • Классу защиты;
  • Режиму работы электродвигателя.

Расчет делают на стадии проекта электрического привода или при модернизации.

Циклы торможения

Динамическое торможение – рассеивание энергии двигателя на блоке резисторов, подключенном к шине постоянного тока на преобразователе частот.

Различают три вида торможения:

  1. Резистивное – направление энергии торможения от двигателя к подключенному резистору;
  2. Переменным током – энергия торможения распределяется путем изменения состояний потерь в двигателе;
  3. Постоянным током – энергия действует в качестве сигнала индукционного торможения.

Циклы торможения различаются на низко инерционные (НИ) – 10% и высоко инерционные (ВИ) – 40%. Резисторы с НИ циклом используются в бытовых электрических приборах (вентиляторы) а с ВИ циклом в подъемно-транспортных механизмах (краны, лифты, подъемники).

Число фаз, номинальное напряжение

По числу фаз ТР делятся на одно и трехфазные. Главное различие в величине напряжения. К первым можно отнести электрические приборы с напряжением 220-240 вольт. Вторые рассчитаны на использование механизмов с напряжением 380-480 вольт. Трехфазные, при соблюдении техники безопасности и правил подключения, могут применяться и в машинах с меньшим напряжением.

Максимальная и номинальная мощность

При выборе тормозного резистора нужно основываться на номинальную мощность. Производитель указал параметр в инструкции, как расчетную величину на протяжении эксплуатации прибора. Максимальная мощность также указана в характеристиках, но постоянная работа в «авральном» режиме приведет к преждевременному износу и поломке изделия. Показатели мощности колеблются в пределах от 0,2 до 50 кВт. Если необходимо обеспечить мощность свыше 50 киловатт, то путем параллельного подключения нескольких ТР, можно достичь показателя в 450-500 кВт.

Важно! Если в выходном транзисторе произошло короткое замыкание, то преобразователь частоты нужно отключить от сети с помощью выключателя. Это предотвратит рассеяние мощности в тормозном резисторе.

Сопротивление

В зависимости от скорости торможения, определяют величину сопротивления. Если сопротивление больше, то время торможения меньше. И наоборот. Показатели от 2 до 180 Ом. Сопротивление присоединяют к клеммам преобразователя частоты и к разъемам «вход» внешнего тормозного прерывателя. В зависимости от мощности частотника, происходит подбор номинального сопротивления. Сопротивление цепи выбранного тормозного резистора не должно превышать рекомендованного значения.

Внимание! Если резистор будет с повышенным омическим сопротивлением, то возникнет вероятность автоматического отключения преобразователя частоты.

Класс защиты

Класс защиты IP — система степеней защиты оболочки электрооборудования от проникновения твёрдых предметов и воды. Маркируется международным знаком IP и двух цифр после него.

Оцените статью