Как подобрать тормозной резистор для частотного преобразователя

Расчет и выбор тормозных резисторов для преобразователей частоты

В статье рассматривается методике расчета и выбора тормозного сопротивления (тормозного резистора) для преобразователей частоты (ПЧ, частотника), на примере остановки асинхронного двигателя типа АИР.

Тормозные резисторы являются необходимыми элементами систем с тяжелыми режимами торможения (остановка большой нагрузки за малое время), если в их составе имеются преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока (например, серии GA700, GA500, A1000, L1000, J1000).

YASKAWA преобразователи частоты серий GA700 и GA500

Примерами таких систем могут служить:

• Лифты, эскалаторы.
• Различные краны и подъемные механизмы.
• Шпиндели станков.
• Конвейеры и системы подачи заготовок.

Примеры применений где требуются тормозные сопротивления

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

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:

1. Находим номинальную скорость двигателя в рад/с: w_ном= 2p * n_ном/ 60 = 2p * 968 / 60 = 101,3 [рад/c]
2. 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: M_макс= J_∑* (w_нач– w_кон) / t_торм= 38 * (101,3 – 0) / 4 = 962,35 [Н * м]
3. Определяем максимальную мощность при торможении: P_макс= M_макс* (w_нач– w_кон) = 962,35 ´ (101,3 – 0) = 97486 [Вт]
4. Определяем электрическую мощность торможения. Так, как отсутствует редуктор, то величину его КПД берем равной 100%: P_{эл.торм}= (P_макс– k * P_ном.дв) – ((1 – h_ред) * P_макс)= (97486 – 0,05 * 90000) – ((1 – 1) * 97486) = 92986 [Вт] Здесь k – вспомогательный коэффициент, зависящий от номинальной мощности двигателя:

Pном.дв, кВт	k
до 1,5	0,25
от 2,2 до 4,0	0,20
от 5,5 до 11	0,15
от 15 до 45	0,08
выше 45	0,05

Зависимость коэффициента f_k от ПВ

Согласно расчету, получается резистор 6Ом/18,5кВт. Один резистор этим условиям не удовлетворяет, но можно использовать по два резистора RH-9600W015-10 (9,6 кВт, 15 Ом, ПВ=10%).

Тормозные резисторы разной мощности RFH и БТ

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:

• A1000 и L1000: до 30 кВт (тяжелый режим нагрузки [HD])
• GA700: до 75 кВт [HD]

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:

I_торм = U_зпт / R_{торм.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

Выводы

Расчет режимов торможения и выбор тормозных резисторов для преобразователей частоты необходимый этап перед его покупкой, чтобы в последствии избежать простоя оборудования и выхода из строя ПЧ.

ООО «КоСПА» обеспечивает поставку ПЧ YASKAWA со всеми необходимыми опциями и в случае необходимости может помочь в их выборе и проверке ваших расчетов.

• О КОМПАНИИ
• Достижения компании
  и благодарственные
  письма

• РЕШЕНИЯ
• Станкостроение
• Упаковочная промышленность
• Общее машиностроение
• Пищевая промышленность

• ОБОРУДОВАНИЕ
• Приводная техника
• Системы управления
• Роботы
• Комплексные решения
• Редукторы
• Специальные датчики
• Краткие каталоги

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:

• Подачей постоянного напряжения на обмотки статора. При этом возникает неподвижное магнитное поле, создающее тормозной момент.
• Изменением порядка подключения фаз. Магнитное поле начинает вращаться в направлении, противоположном направлению вращения ротора электрической машины.

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:

• Высокая скорость торможения, что необходимо для точного позиционирования груза.
• Простота аппаратной реализации. Для этого требуются частотный преобразователь с тормозным прерывателем и резистор.
• Упрощение кинематической схемы оборудования.

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:

• По циклу торможения (от 10% номинального момента, применяемых для вентиляторов, до 50% для механизмов с высоким моментом инерции).
• Числу фаз (одно- трехфазные).
• Номинальному напряжению.
• Классу защиты от пыли от влаги IP.
• Максимальной и номинальной мощности.
• Сопротивлению.
• Режиму работы электродвигателя.

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:

Определение максимального момента торможения. Эта величина определяется по формуле:

Где n1, n2 начальная и конечная скорость замедления, J – сумма все моментов инерции на валу, t – проектное время замедления.

Расчет механической мощности торможения по формуле:

где n1, n2 начальная и конечная скорость замедления, t – проектное время замедления, М- максимальный момент торможения.

Вычисление электрической мощности торможения по формуле:

Расчет максимального тормозного сопротивления по формуле:

где U – напряжение звена постоянного тока, Р – электрическая мощность торможения.

Определение номинальной мощности резистора. Значение мощности добавочного сопротивления рассчитывается по формуле:

Выбор тормозного резистора из таблицы, представленной на сайте производителя.

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.

Статьи

Таблица подбора тормозных резисторов для преобразователей частоты 26.02.2023 15:05

Если требуется произвести быстрое торможение, необходимо использовать тормозной ключ и резистор. При торможении электропривода тормозной резистор подключается к шине постоянного тока внутри преобразователя частоты, и на нем рассеивается энергия от электродвигателя. Это защищает преобразователь от блокировки по причине перенапряжения в звене постоянного тока и, соответственно, от остановки привода.

Тормозные резисторы являются необходимой опцией для работы с подъемно-транспортными механизмами (краны, лифты, наклонные транспортеры, подъемники), высокоинерционными применениями (дымососы, центрифуги, рольганги, тягодутьевые механизмы, транспортные тележки), некоторыми станочными применениями (токарно-винторезные, сверлильные, шлифовальные станки и др.).

Пример расчета:

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:

1. Находим номинальную скорость двигателя в рад/с: w_ном= 2p * n_ном/ 60 = 2p * 968 / 60 = 101,3 [рад/c]
2. 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: M_макс= J_∑* (w_нач– w_кон) / t_торм= 38 * (101,3 – 0) / 4 = 962,35 [Н * м]
3. Определяем максимальную мощность при торможении: P_макс= M_макс* (w_нач– w_кон) = 962,35 ´ (101,3 – 0) = 97486 [Вт]
4. Определяем электрическую мощность торможения. Так, как отсутствует редуктор, то величину его КПД берем равной 100%: P_{эл.торм}= (P_макс– k * P_ном.дв) – ((1 – h_ред) * P_макс)= (97486 – 0,05 * 90000) – ((1 – 1) * 97486) = 92986 [Вт] Здесь k – вспомогательный коэффициент, зависящий от номинальной мощности двигателя:

Pном.дв, кВт	k
до 1,5	0,25
от 2,2 до 4,0	0,20
от 5,5 до 11	0,15
от 15 до 45	0,08
выше 45	0,05

Таблица подбора (на примере преобразователей Инстарт)

Мощность электро- двигателя, кВт

Модель преобразователя частоты

100 % ПВ10% (Кторм. ≤ 1.0, ПВ ≤ 10%)

Как подобрать тормозной резистор для частотного преобразователя

Расчет и выбор тормозных резисторов для преобразователей частоты

В статье рассматривается методике расчета и выбора тормозного сопротивления (тормозного резистора) для преобразователей частоты (ПЧ, частотника), на примере остановки асинхронного двигателя типа АИР.

Тормозные резисторы являются необходимыми элементами систем с тяжелыми режимами торможения (остановка большой нагрузки за малое время), если в их составе имеются преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока (например, серии GA700, GA500, A1000, L1000, J1000).

YASKAWA преобразователи частоты серий GA700 и GA500

Примерами таких систем могут служить:

• Лифты, эскалаторы.
• Различные краны и подъемные механизмы.
• Шпиндели станков.
• Конвейеры и системы подачи заготовок.

Примеры применений где требуются тормозные сопротивления

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

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:

w_ном = 2p * n_ном / 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:

M_макс = J_∑* (w_нач – w_кон) / t_торм = 38 * (101,3 – 0) / 4 = 962,35 [Н * м]

Определяем максимальную мощность при торможении:

P_макс = M_макс * (w_нач – w_кон) = 962,35 ´ (101,3 – 0) = 97486 [Вт]

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

P_{эл.торм} = (P_макс – k * P_ном.дв) – ((1 – h_ред) * P_макс )= (97486 – 0,05 * 90000) – ((1 – 1) * 97486) = 92986 [Вт]

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

Производим расчет допустимого сопротивления резистора:

R_макс = U 2 _зпт / P_{эл.торм} = 760 2 / 92986 = 6,2 [Ом]

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

– для 220 В: U_зпт = 388 В ± 3 %

– для 380 В: U_зпт = 757 В ± 3 %

Определяем продолжительность включения (ПВ) для режима торможения:

ПВ = (t_торм / T_цикла) ´ 100% = (4 / 90) ´ 100% = 4,4 %

Находим номинальную мощность тормозного резистора:

P_{торм.ном} = P_{эл.торм} / f_k = 92986 / 10 = 9298,6 [Вт]

где – коэффициент, зависящий от значения ПВ (соответствие на рис.3)

Зависимость коэффициента f_k от ПВ

Согласно расчету, получается резистор 6Ом/18,5кВт. Один резистор этим условиям не удовлетворяет, но можно использовать по два резистора RH-9600W015-10 (9,6 кВт, 15 Ом, ПВ=10%).

Тормозные резисторы разной мощности RFH и БТ

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:

• A1000 и L1000: до 30 кВт (тяжелый режим нагрузки [HD])
• GA700: до 75 кВт [HD]

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:

I_торм = U_зпт / R_{торм.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

Выводы

Расчет режимов торможения и выбор тормозных резисторов для преобразователей частоты необходимый этап перед его покупкой, чтобы в последствии избежать простоя оборудования и выхода из строя ПЧ.

ООО «КоСПА» обеспечивает поставку ПЧ YASKAWA со всеми необходимыми опциями и в случае необходимости может помочь в их выборе и проверке ваших расчетов.

Тормозной резистор — принцип действия

Компоненты электрической цепи

В статье рассказано какие существуют типы тормозных резисторов. Указаны их основные характеристики. Описан принцип действия, этапы расчета, а также даны советы по подключению.

тормозной резистор DZ 500Вт, 150 Ом.

Назначение тормозного резистора для преобразователя частоты, расчет

Принцип работы тормозного резистора

Устройство

Тормозной резистор – это элемент электрического аппарата механизма с большой инерционной массой. При динамическом торможении он поглощает излишне выделяемую электрическую энергию и конвертирует в тепловую.

При снижении или увеличении скорости, кинетическая энергия двигателя превращается в электрическую и оказывает воздействие на клеммы преобразователя частоты (ЧП). Такой эффект может вызвать перегрузку с последующим отключением частотника. Чтобы погасить избыток энергии и преобразовать мощность в тепло, в машинах и механизмах, используют тормозной резистор для частотного преобразователя.

Для чего используется

Тормозной резистор (ТР) используется если:

• существует потребность механизма в более эффективном торможении;
• нужно исключить ошибки, вызванные перенапряжением, возникшим при подключении мотора к увеличенной нагрузке;
• необходимо обеспечит устойчивую работу электродвигателя в подъемном механизме.

Типы тормозных резисторов

Существует два вида тормозных резисторов, отличающихся материалом корпуса:

1. Алюминиевые;
2. Керамические.

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.

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.

Первая цифра – попадание твёрдых предметов

Вторая – защита от воды

—	нет защиты
1	вертикальные капли	вертикально капающая вода не должна нарушать работу устройства
2	вертикальные капли под углом до 15°	вертикально капающая вода не должна нарушать работу устройства, если его отклонить от рабочего положения на угол до 15°
3	падающие брызги	защита от дождя. Вода льётся вертикально или под углом до 60° к вертикали
4	брызги	защита от брызг, падающих в любом направлении
5	струи	защита от водяных струй с любого направления
6	морские волны	защита от морских волн или сильных водяных струй. Попавшая внутрь корпуса вода не должна нарушать работу устройства
7	кратковременное погружение на глубину до 1м	при кратковременном погружении вода не попадает в количествах, нарушающих работу устройства. Постоянная работа в погружённом режиме не предполагается
8	длительное погружение на глубину более 1м	полная водонепроницаемость. Устройство может работать в погружённом режиме

Режим работы электродвигателя

У электродвигателей есть два режима работы: двигательный и тормозной.

Двигательный режим – преобразование электрической энергии в механическую. Тормозной – поглощение механической энергии и преобразование ее в электрическую.

Чтобы остановить работающий электродвигатель существует два способа. Когда остановка происходит по инерции – режим выбега. После подачи сигнала отключения на ЧП, ротор электромотора вращается по инерции. Когда идет процесс управляемого замедления – это режим торможения. При таком режиме время замедления пользователь настраивает сам.

Как правильно рассчитать тормозной резистор для частотного преобразователя

Исходные данные: номинальное напряжение, мощность, частота вращения электродвигателя, момент инерции, время остановки и т.д.

Этапы расчета

Расчет делается в несколько этапов:

1. Определение максимального момента торможения:

где n 1 – начальная скорость замедления;

n 2 – конечная скорость замедления;

J – сумма моментов инерции на валу;

t – проектное время замедления.

1. Расчет механической мощности:

где М – максимальный момент торможения.

1. Вычисление электрической мощности:

где к – коэффициент уменьшения нагрузки.

1. Расчет максимального тормозного сопротивления:

где U – напряжение звена постоянного тока;

Р – электрическая мощность торможения.

1. Определение мощности добавочного сопротивления:

Справка! Если передаточный механизм не включен в состав электропривода, значение КПД редуктора считается равным единице.

Советы по подключению тормозного резистора

Существует два способа подключения:

1. Внутренний, когда резистор располагается внутри преобразователя частот;
2. Внешний, через прерыватель, подключенный к шине внутри преобразователя.

На выбор подключения влияют конструктивные особенности конкретного агрегата и мощность преобразователя частоты. Первый способ подходит для ЧП до 30 кВт. Второй предназначен для более мощных.

Плавный пуск кран-балки

Несколько советов по подключению:

Перед началом работ измерьте напряжение на клеммах.

Обесточьте силовой модуль.

Соблюдайте правила монтажа, во избежание замыкания.

Обеспечьте сохранность кабеля от механических повреждений.

Используйте кабель с двойной изоляцией.

Прокладывайте в раздельных каналах или трубах.

Применять соединительные кабели длиной не более 100 метров при допустимом сечении вывода – 35 мм².

При выборе резистора следует начать с требований, предъявляемых процессом. Изучить технические характеристики. Рассмотреть специально для конкретного применения. В некоторых случаях решением может быть сочетание последовательного и параллельного соединения.

Статьи

Таблица подбора тормозных резисторов для преобразователей частоты 26.02.2023 15:05

Если требуется произвести быстрое торможение, необходимо использовать тормозной ключ и резистор. При торможении электропривода тормозной резистор подключается к шине постоянного тока внутри преобразователя частоты, и на нем рассеивается энергия от электродвигателя. Это защищает преобразователь от блокировки по причине перенапряжения в звене постоянного тока и, соответственно, от остановки привода.

Тормозные резисторы являются необходимой опцией для работы с подъемно-транспортными механизмами (краны, лифты, наклонные транспортеры, подъемники), высокоинерционными применениями (дымососы, центрифуги, рольганги, тягодутьевые механизмы, транспортные тележки), некоторыми станочными применениями (токарно-винторезные, сверлильные, шлифовальные станки и др.).

Пример расчета:

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:

w_ном = 2p * n_ном / 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:

M_макс = J_∑* (w_нач – w_кон) / t_торм = 38 * (101,3 – 0) / 4 = 962,35 [Н * м]

Определяем максимальную мощность при торможении:

P_макс = M_макс * (w_нач – w_кон) = 962,35 ´ (101,3 – 0) = 97486 [Вт]

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

P_{эл.торм} = (P_макс – k * P_ном.дв) – ((1 – h_ред) * P_макс )= (97486 – 0,05 * 90000) – ((1 – 1) * 97486) = 92986 [Вт]

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

Производим расчет допустимого сопротивления резистора:

R_макс = U 2 _зпт / P_{эл.торм} = 760 2 / 92986 = 6,2 [Ом]

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

– для 220 В: U_зпт = 388 В ± 3 %

Определяем продолжительность включения (ПВ) для режима торможения:

ПВ = (t_торм / T_цикла) ´ 100% = (4 / 90) ´ 100% = 4,4 %

Находим номинальную мощность тормозного резистора:

P_{торм.ном} = P_{эл.торм} / f_k = 92986 / 10 = 9298,6 [Вт]

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).

Динамическое торможение частотного преобразователя

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

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.

Расчет тормозного резистора и тормозного модуля

Методика расчета тормозного сопротивления данный документ описывает расчет исходя из максимального момента и мощности торможения. Для расчета приняты следующие константы: Uторм=760В — напряжение на звене постоянного тока на момент включения тормозного ключа, хотя для ПЧ эта цифра может меняться для встроенного ключа, а для ключа внешнего тормозного модуля обычно это напряжение либо выбирается перемычками в чистом виде, либо через выбор питающего напряжения.

Основа расчета — поиск электрической мощности, выделяемой при торможении и которую собираемся утилизировать, то есть нам нужен баланс мощность выделяемая на резисторах >= мощности рекуперации. График мощности представляет собой треугольник, максимальная мощность (при постоянстве тормозного момента) соответствует частоте начальной торможения. При этом тормозной момент равен (по второму закону Ньютона в форме моментов)

где Jtot момент инерции общий включая двигатель и механизм, приведенный к валу двигателя через передачу, E это угловое ускорение, которое можно выразить через формулу

Здесь как раз для поиска ускорения пользуемся формулой конечных точек, то есть делим разницу скоростей на время торможения, 9.55 это коэффициент для перевода из об/мин в рад/с. Кстати данная формула поиска момента не учитывает момент нагрузки, который в случае с активной силой (сила тяжести на кране) нужно добавить к тормозному моменту.

Зная момент можем найти пиковую тормозную мощность как

Тут кстати в методике, предлагаемой многими производителями кроется опасность, некоторые считают через разницу скоростей (n1-n2), по факту же это может привести к ошибке при расчете торможения не до нуля, тк торможение «не до конца» ничем не отличается в плане максимальной мощности, отличаться может работа, но не мощность, она четко равна произведению момента на скорость в рад/с и максимальная в обоих случаях определяется начальной скоростью торможения, и не в коем случае конечной. Теоретически малое торможение ПЧ может пережить за счет накопления энергии на звене постоянного тока, но это не значит, что пиковая мощность при малых торможениях меньше. На практике кстати видно, что если ПЧ не справляется с торможением, выход в ошибку происходит на частоте близкой к начальной, и никогда в конце торможения на частотах близких к нулю, это определяется графиком — мощность торможения падает.

На практике такой расчет сложен, тк часто мы не знаем момент инерции и проще воспользоваться правилом момент тормозной равен моменту двигателя (если торможение требует перегрузки двигателя, то можно ее тоже учесть в формуле), тогда мы просто берем мощность двигателя, умножаем на КПД двигателя, умножаем на КПД передач и механизмов, тк они тоже будут тормозить нагрузку и считаем полученное значение пиковой мощностью.

Далее делаем расчет необходимого тормозного тока, который определяется делением напряжения торможения в квадрате (читать выше, настройка ПЧ или модуля) на мощность торможения пиковую

Хотя чаще всего этот расчет тоже не нужен, тк если ключ встроен в ПЧ, то резистор и ток предлагается производителем, нужно только для своего варианта уточнить, для какого ПВ приведены данные, чаще всего ключ встроенный в ПЧ выдержит и ПВ 100%.

В случае с внешним тормозным модулем берем мощность торможения пиковую и делим на напряжение торможения, получаем необходимый тормозной ток

Далее в зависимости от ПВ применяем либо ток кратковременный тормозного модуля (обычно больше номинального длительного), либо ток номинальный для длительного торможения. Кстати читаем внимательно рекомендацию по тормозному резистору для модуля, ток модуля есть смысл выбирать с запасом 1,25-1,5 крат, тк несмотря на написанный ток модуля, резистор рекомендуется на меньший тормозной ток. Это скорее всего связано с тем, что напряжение на звене постоянного тока может расти и дальше напряжения торможения, и ток будет тоже расти и превысит первоначально выбранный ток, под который мы посчитали резистор по начальному напряжению (например 700В). Плюс резистор по номиналу может немного плавать, да и подбор «один-в-один» врятли получится, потому как ряд резисторов специфичен.

Имея тормозной ток подбираем тормозной модуль, а имея ток и напряжение ищем резистор по закону Ома.

Последним выбирается мощность рассеиваемая, она обычно определяется через ПВ, но в случае с ГПМ, где длительность опускания груза может быть и минуту и больше, ПВ принимается в диапазоне от 60 до 100%. В общем-то тут рекомендации как таковые отсутствуют, нужно считать тепловой баланс резисторов, смогут ли они за время паузу рассеять мощность.

В конце рекомендуется произвести проверку по подобранному резистору на предмет обеспечения тормозной мощности (тока), а так же по выделяемой мощности (обратный расчет).

Похожие публикации:

1. Как разобрать кофемашину saeco royal cappuccino
2. Класс жилы кабеля что это
3. Крутизна характеристики s полевого транзистора что это
4. Для чего предназначены электроизмерительные клещи