Для чего нужен тормозной резистор для частотного преобразователя

Тормозной резистор — принцип действия

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

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:

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.

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:

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:

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

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:

где n 1 – начальная скорость замедления;

n 2 – конечная скорость замедления;

J – сумма моментов инерции на валу;

t – проектное время замедления.

где М – максимальный момент торможения.

где к – коэффициент уменьшения нагрузки.

где U – напряжение звена постоянного тока;

Р – электрическая мощность торможения.

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

Советы по подключению тормозного резистора

Существует два способа подключения:

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.

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.

Источник

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 М_торм.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:

Источник

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.

Источник

Тормозные резисторы и модули

Многообразие технологических процессов и механизмов является отличительной чертой современной промышленной сферы. Для грамотной реализации практически любой производственной задачи требуется не только индивидуальный подход, но и оптимальное сочетание возможностей используемого оборудования и технических решений.

Успешное внедрение преобразователей частоты в производственный процесс поспособствовало решению множества нереализуемых ранее задач и дало импульс дальнейшей оптимизации всего технологического процесса.

Одновременно с тем, насколько важным преимуществом использования частотных преобразователей стала возможность оперативного изменения скорости вращения привода, настолько же необходимым для многих механизмов является обеспечение их регулируемого торможения и остановки. В качестве подобных устройств можно привести грузоподъёмное, конвейерное оборудование, электроприводы манипуляторов, механизмов перемещения, а также, иные процессы, в которых требуется управление оборудованием в повторно-кратковременных режимах с частыми включениями, реверсированием, остановкой, либо резкое изменение частоты вращения привода.

Промышленный робот-манипулятор –
пример устройства с частыми тормозными режимами

Назначение тормозных резисторов

Так называемый режим частотного преобразователя “остановка на выбеге”, при котором после подачи стоповой команды частотник снимает питание со своих выходных клемм, позволит остановить привод под воздействием его собственной инерции. При этом, период торможения будет неопределенным, и будет зависеть лишь от инерционных характеристик нагрузки и самого двигателя. Такой режим применим, когда приводная нагрузка имеет весомый момент инерции, а ко времени торможения не предъявляется особых требований.

Но для большинства производственных задач важна именно остановка с регулируемым торможением. В ситуации, когда требуется остановка привода за меньшее время, нежели время его естественного замедления силами инерции, приводу необходимо создавать тормозной момент. Частотный преобразователь может обеспечить тормозной момент около 20-25% от номинального момента электродвигателя, выполняя снижение его оборотов, что вполне достаточно для остановки механизмов с невысокой инерционностью (например, вентиляционных установок средней мощности), либо когда отсутствуют особые ограничения по времени остановки.

В случае с механизмами, обладающими высокой инерционностью, либо где необходимо обеспечить ограничение времени остановки, при выполнении торможения возможен переход электродвигателя в генераторный режим работы, при котором создается так называемая рекуперация (возврат) энергии нагрузки. Данное явление при несоблюдении некоторых требований может привести к перенапряжению в звене постоянного тока частотного преобразователя, что влечет за собой возможный выход частотника из строя.

Таким требованием для устранения перенапряжений и рассеивания рекуперационной энергии является необходимость применения вспомогательных устройств преобразователя частоты, которые должны определенным образом “отводить” излишнюю энергию, образуемую при остановке приводного механизма.

Тем не менее, рекуперация этой энергии обратно в сеть питания, что, на первый взгляд, экономически целесообразно, не всегда возможна и оправдана, поскольку сеть должна быть технически оснащена для принятия энергии и сама энергия должна быть соответствующим образом преобразована. В большинстве случаев это требует немалых финансовых вложений на техническое перевооружение энергосети и влечет за собой увеличение сложности системы.

Особенно, если энергия торможения действует кратковременно и она невысока по отношению к общему энергопотреблению привода, то более целесообразно преобразование этой энергии в тепловую энергию на специальном тормозном сопротивлении (тормозном резисторе). Резисторы большой мощности изготавливаются, как правило, из стали, а резисторы меньшей мощности выполняют из алюминиевого профиля.

Тормозные резисторы

Для подсоединения тормозного сопротивления к преобразователю частоты необходим тормозной модуль (иначе называют тормозной прерыватель или тормозной ключ) – устройство, представляющее собой транзисторный электронный ключ (по сути, коммутационное устройство для передачи избытков энергии привода на тормозной резистор), который встраивается в звено постоянного тока частотника, либо присоединяется к нему в виде отдельного блока. Как правило, частотники небольшой мощности содержат в своем составе встроенный тормозной ключ, в этом случае, тормозной резистор подключается напрямую к преобразователю частоты.

Тормозной модуль включается в работу, если значение напряжения в звене постоянного тока превышает заданный уровень, после этого избыточная энергия привода прикладывается через тормозной модуль к тормозному резистору, рассеиваясь на нем в виде тепла. Таким образом, удается обеспечить рассеивание излишков энергии при резком торможении/остановке электропривода.

Главные преимущества использования тормозных сопротивлений и модулей

Применение тормозных резисторов и модулей совместно с преобразователем частоты обеспечивает следующие преимущества:

Таким образом обеспечивается требуемая точность, маневренность и быстродействие производственных процессов без необходимости выбора преобразователя частоты с запасом по мощности и дополнительных ограничений времени торможения механизмов. В связи с этим, оптимизируется технологический процесс и увеличивается производительность оборудования.

Рекуперация энергии в сеть не везде возможна и оправдана, тогда как применение тормозных устройств практически универсально и обеспечивает выполнение задач сброса избыточной энергии при минимальных денежных затратах на приобретение необходимого оборудования. Для подобных применений такое решение является наиболее экономически целесообразным и финансово выгодным.

Поскольку во многих случаях тормозные резисторы и модули являются отдельным оборудованием, в связи с этим, можно обеспечить для них необходимые условия их расположения и функционирования для удобства работы с ними эксплуатационного персонала. К тому же, возможна оперативная замена тормозных модулей и резисторов на оборудование большей или меньшей мощности, подстраиваясь под фактические изменения нагрузочных характеристик привода.

Современные тормозные устройства содержат весь необходимый набор встроенных программируемых защит, которые укажут не только на превышение рабочих уставок тормозного модуля, но и помогут предотвратить аварийные ситуации при работе самого преобразователя частоты.
В дополнение к этому, тормозные модули имеют удобные средства индикации и задания настроек, а также, интерфейсы для удаленного подключения к ним контроллерных устройств. Это дает возможности обслуживающему персоналу оперативно реагировать на выполняемые производственные процессы, оптимизируя и уменьшая, в конечном счете, затраты предприятия на эксплуатацию оборудования.

Использование тормозных резисторов и модулей возможно не только с частотным преобразователем той же марки, но и с приводным оборудованием иных фирм и исполнений, поскольку тормозное оборудование унифицировано для множества применений.
Данная особенность позволяет использовать их не только для новейших задач, но и для модернизации/оптимизации работы уже действующих приводных комплексов, в том числе, устаревших модификаций.

Основные сферы применения тормозных сопротивлений и модулей

Таким образом тормозные сопротивления и модули находят свое технически обоснованное применение для следующих производственных сфер:

Требования при выборе тормозных сопротивлений и модулей

Параметры тормозных резисторов и тормозных модулей зависят от максимальной энергии, которая выделяется приводом в момент торможения, а так же, от индивидуальных характеристик технологического механизма (частота пусков/реверсов/остановов, длительный или повторно-кратковременный режим работы привода).

Комплект тормозного оборудования для преобразователя частоты выбирают по:

По всем вопросам оптимального подбора оборудования
по техническим требованиям и технологическим процессам
Вам помогут специалисты компании ООО «РусАвтоматизация».

Источник