В современных системах привода асинхронных двигателей (особенно при работе через частотный преобразователь) нередко возникает задача безопасного и контролируемого торможения нагрузки. Для этого применяются два основных элемента: тормозной резистор и тормозной модуль. Ниже — понятный обзор их принципа действия, областей применения и ключевых характеристик.
Асинхронный двигатель вырабатывает вращающий момент за счёт взаимодействия магнитных полей статора и ротора. Подача трёхфазного напряжения создаёт на статоре вращающееся поле, которое «захватывает» ротор. При этом двигатель может работать:
- Двигатель (мотораж) – ротор вращается медленнее поля статора, и электрическая энергия преобразуется в механическую (для привода оборудования).
- Генератор – ротор вращается быстрее, чем скорость поля статора, и механическая энергия возвращается в электрическую.
В обычных системах без преобразователя избыточная генераторная энергия смешивается с питающей сетью и поглощается другими потребителями. Но при питании через частотник эта энергия «стекает» в его звено постоянного тока и накапливается там, повышая напряжение выше допустимого уровня силовых конденсаторов (обычно 800…900 В DC).
При питании от промышленной сети, электродвигатель просто возвращает сгенерированную электроэнергию обратно, которую потребляют другие электроприборы, запитанные от той же сети.
Чтобы избежать выхода частотного преобразователя из строя, он блокирует выход и переходит в свободное торможение, позволяя двигателю просто «выбегать». Но желательна возможность контролировать торможение: быстро, плавно или при спуске тяжёлых грузов. Здесь и вступают в дело тормозной резистор и модуль.
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.
Когда тормозной резистор обязателен?
- При работе с тяжелыми нагрузками, имеющими высокую инерцию (например, подъёмные краны, конвейеры, центрифуги);
- Если требуется быстрая остановка оборудования, чтобы избежать аварий и повысить безопасность;
- Когда частотник работает в режиме с частыми пусками и остановками, а энергия торможения не может быть «утилизирована» обычным способом;
- В системах, где рекуперация энергии в сеть невозможна, и она должна перераспределяться локально.
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.
В частотных преобразователях VFD500 встроенный ключ может выдержать ПВ – до 40%. За счет чего его можно устанавливать в механизмах, где ПВ не превышает 40%, таких как грузоподъемный механизм.
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 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.
Назначение: «привязать» внешний резистор к частотнику там, где встроенного ключа нет или его ПВ мал.
Принцип работы: самостоятельно мониторит напряжение DC-звена, и при достижении заданного Uₒₜₖᵣ включает сброс через резистор.
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.