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:
Примеры применений где требуются тормозные сопротивления
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*м2.
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:
| 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 |
Производим расчет допустимого сопротивления резистора:
Rмакс = U2зпт / Pэл.торм = 7602 / 92986 = 6,2 [Ом]
будет иметь следующие значения в зависимости от величины напряжения на входе ПЧ:
– для 220 В: Uзпт = 388 В ± 3 %
– для 380 В: Uзпт = 757 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]
где – коэффициент, зависящий от значения ПВ (соответствие на рис.3)
Зависимость коэффициента fk 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
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:
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
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.
