Работа асинхронного электродвигателя основана на взаимодействии магнитных полей статора и ротора, которые постоянно притягиваются и отталкиваются, полярность магнитного поля определяется полярностью фазы напряжения питания. Асинхронный электродвигатель может работать в двух режимах:
1) Двигательный – когда энергия из сети преобразуется в механическую (ротор двигателя вращается медленнее, чем изменяется полярность магнитного поля статора). Электродвигатель приводит в движение механизм.
2) Генераторный – когда механическая энергия преобразуется в электрическую (ротор двигателя вращается быстрее, чем изменяется полярность магнитного поля статора). Механизм приводит в движение электродвигатель или заставляет вращаться с большей скоростью, чем дает частота смены полярности напряжения питающей сети.
В обычных применениях электродвигатель может перейти в генераторный режим при резком торможении движущегося механизма или при спуске груза, когда механическая часть заставляет ротор двигателя вращаться быстрее, чем ему дает питающее напряжение.
При питании от промышленной сети, электродвигатель просто возвращает сгенерированную электроэнергию обратно, которую потребляют другие электроприборы, запитанные от той же сети.
При питании от преобразователя частоты, электроэнергия скапливается в его силовой части (в звене постоянного тока), напряжение внутри частотного преобразователя начинает повышаться, что может привести к выходу из строя силовых конденсаторов, которые обычно могут выдержать не более 800В постоянного напряжения (в некоторых моделях частотников до 900В).
Чтобы себя защитить преобразователь частоты блокирует свой выход, в это время электродвигатель останавливается свободным выбегом.
В некоторых случаях требуется управление электродвигателем, находящемся в генераторном режиме (например, если нужно контролировать резкое торможение или постепенный спуск груза, либо снижать скорость вращения тяжёлого барабана), для этого устанавливают тормозной резистор, на который преобразователь частоты сбрасывает излишки электроэнергии при необходимости.
Сброс происходит через встроенный тормозной ключ преобразователя частоты. Тормозной ключ срабатывает по уровню напряжения (Uоткр.) в звене постоянного тока. Во время сброса электроэнергии ток нагревает как тормозной ключ, так и тормозной резистор. Зачастую ни ключ, ни резистор не предназначены для непрерывного сброса энергии. А могут работать только определенный период времени, после которого необходимо остыть. Время, которое ключ или резистор могут пробыть в рабочем состоянии называют продолжительностью включения (ПВ). Чтобы рассчитать соотношение времени работы и отдыха берут цикл ограниченный 120 секундами. Если после 12 секунд работы достаточно 108 секунды чтобы остыть и включиться снова на 12 секунд, то продолжительность устройства составляет 10%. Если необходимо проработать более 120 секунд, при этом неважно насколько будет продолжительный отдых, уровень ПВ устройства должен быть 100%.
При этом если ПВ встроенного ключа недостаточно для требований производственного процесса, либо если встроенного тормозного ключа у преобразователя частоты нет, то тогда устанавливается внешний тормозной модуль.
Тормозной модуль уже самостоятельно начинает измерять напряжение в звене постоянного тока преобразователя частоты, и при достижении заданного уровня напряжения срабатывания (Uткр.) начинает сброс энергии на резистор.
Тормозной резистор подбирают исходя из величины энергии, которую необходимо моментально рассеять. Чем ниже сопротивление резистора, тем больше энергии он может принять на себя в конкретный момент времени, однако нагрузка на тормозной модуль (или ключ) также возрастет, так как ему придется пропустить через себя больший ток. Поэтому сопротивление резистора должно быть достаточно низким чтобы успеть рассеять приходящую на него энергию и достаточно высоким чтобы тормозной модуль не вышел из строя. Чтобы резистору самому выдержать приходящую на него энергию у него должна быть достаточная мощность. Чем больше энергии будет приходить на резистор и чем дольше будет продолжаться её сброс, тем выше должна быть мощность резистора. Рекомендуемые сопротивление и мощность тормозного резистора указываются в каталоге на тормозной модуль или преобразователь частоты (в случае подключения к встроенному тормозному ключу).
Тормозной модуль подбирают согласно мощности преобразователя частоты, к которому он будет подключаться и требуемому от модуля уровню продолжительности включения, также выше ли сопротивление подключаемого резистора минимального порога тормозного модуля.
Подведем итоги.
Тормозной резистор – представляет из себя сопротивление с высоким классом изоляции (не менее 1000В). Служит для рассеивания электроэнергии в тепло, чтобы преобразователь частоты мог управлять электродвигателем, находящемся в генераторном режиме. Основные характеристики: сопротивление, мощность.
Тормозной модуль – представляет из себя полупроводниковый элемент, который открывается по заданному порогу напряжения. Требуется для подключения тормозного резистора к преобразователю частоты в случае, если нет встроенного тормозного ключа нет или его уровень ПВ недостаточен. Основные характеристики: мощность преобразователя частоты, уровень ПВ, минимальное сопротивление подключаемого тормозного резистора.
