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當一臺感應電機被機械驅動,并且有一臺變頻器給電機的出線端子提供某一電壓的時候,它將作為一臺發電機給變頻器回饋能量。
通常,在交流電機和負載的減速階段,儲存的大部分能量將被電機轉化為電能反饋到變頻器。當一個高慣性負載突然減速時,會有過大的反饋能量不能被變頻器的直流母線所吸收,導致直流母線上電壓過高而跳閘。
由于變頻器的直流側電容只能吸收很小一部分的反饋能量,對于超過系統本身損耗的的制動力矩, 需提供一個動力制動電路來消除剩余能量。通過控制一個專用的制動控制電路控制的制動單元的工作/停止周期來防止直流母線上的電壓過高。通過控制在發電過程中制動單元的工作/停止周期來防止直流電壓超過***大值和直流側電容的過度充電。許多變頻器的固有特征是當輸出頻率小于基礎頻率時,為恒定V/F比值控制(力矩恒定);當輸出頻率大于基礎頻率時,為恒電壓控制(功率恒定)。因為其恒壓變頻特性,基礎頻率之上的再生功率是恒定的,但在基礎頻率之下,將逐漸衰減至在速度為零時功率為零。當停車時,系統固定損耗大多數情況為摩擦力使驅動系統停止。
當運行在基礎頻率之上任何速度,再生功率都為***大值且保持恒定,此時制動電阻器發揮***大功效。***大制動扭矩與在恒定電壓下反比于電阻值的再生電流是一對函數關系。于是電阻值的選擇決定了制動扭矩的大小。
電阻的額定功率取決于制動周期(制動時間和循環時間)和電阻的冷卻。
出于安全的考慮,通常使用一個熱繼電器來單獨保護電阻防止持續過載。這個熱繼電器應該控制切斷變頻器輸入電源。
制動電阻的應用
通常情況下,當電源為380-460V時,變頻器的直流母線電壓***大值為800V,電阻,電纜,絕緣需與此工作電壓匹配。
電阻值及額定功率可以由需吸收的能量,即釋放的功率值和連續減速的延時時間算出。為了得到電阻的阻值需要知道要求的制動扭矩;為了得到電阻的額定功率需要知道負載的能量有多大。
電機和負載的動能等于 0,5 J2
在此 J = 電機和驅動器的總轉動慣量(Kgm2 ) | ||
= 角速度 (弧度值/秒), 或者 |
因為能量與角速度的平方成正比,系統的***大能量集中在高速狀態,會在開始減速的時候傳遞給電阻。假如電機運轉在基礎頻率之上,傳遞給電阻的能量為定值,直到降至基礎頻率以下。用于制動周期的制動電阻應能承受熱沖擊,推薦使用額定脈沖式電阻。
舉例:
轉動慣量為10 的負載由1500rpm減速到靜止。
計算制動電阻值,額定功率。需要的數據:
電機及驅動 30kW
電機額定轉矩 191Nm
減速時間 待定
重復周期時間 30 s
負載轉動慣量 (J) 10 Kgm2
電阻阻值(R) 未知
電阻額定功率值(Pr) 未知
電阻工作電壓 (V) 750V首先***基本的一步是確定減速時間 (Tb ):
***大減速發生在電機額定轉矩的150%。
***大值 Mb max = 1.5 x 191 = 286.5
***快的減速時間Tb :
秒可以確定一個實際的減速時間 , 對于這個例子,令 =7s
計算減速時間為7s時需要的制動轉矩
制動功率為:
Kw= 35.24 kW
制動電阻阻值為:
電阻的額定功率為:
由于制動電阻的工作為間歇性的,其額定功率可按間歇性的功率選擇而不必是連續功率。優點是可根據電阻的過載系數來充分利用電阻的過載值(O/L), 這個系數可由一組冷卻曲線得出,這個曲線是由制動電阻生產商或者供應商提供的。
在這個例子中,減速時間設置為7秒,循環周期時間為30秒。
所選擇的電阻的額定功率為:
= 17.5Kw
實際上,在再生制動過程中,電機和負載的機械損耗可耗散15%到20%的制動能量。通常的情況下,實際上推薦的制動電阻阻值是代表應用中的***小值,使用推薦的阻值有可能會產生額外的制動轉矩。然而,由于負載慣量的能量反饋值是由減速度決定,制動單元通過調整制動電阻的運行/停止周期來實現按照實際速率消耗能量。