Тормозные модули и резисторы для преобразователей частоты INNOVERT в Санкт-Петербурге

Применение тормозных резисторов и модулей

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

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:

• Возможность выполнения процессов регулируемого торможения и остановки управляемых приводных механизмов без последствий перегрева и возможного выхода из строя звена постоянного тока преобразователей частоты.
  
  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.
  
  
• Применение тормозных резисторов и модулей оптимальное решение, как с экономической, так и с технической точки зрения для тех производственных применений, где отсутствует возможность рекуперации в сеть излишней энергии приводного 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.
  
  
• Возможность обеспечения удобства эксплуатации и обслуживания оборудования.
  
  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.
  
  
• Наличие встроенных защит и дополнительных технических функций тормозных модулей.
  
  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.
  
  
• Высокая гибкость в использовании тормозных резисторов и модулей для различных применений.
  
  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:

• частотно-регулируемые приводы с преобладанием тормозных режимов, где не имеется возможности рекуперации избыточной энергии обратно в сеть, либо это экономически нецелесообразно: определенные типы грузоподъёмного, конвейерного оборудования, электротранспорт (особенно, старых модификаций);
• производства, в которых требуется управление оборудованием в повторно-кратковременных режимах с частыми включениями, реверсированием, остановкой, либо резкое изменение частоты вращения привода: электроприводы манипуляторов, механизмов перемещения и точного позиционирования;
• системы с необходимостью выполнения быстрого останова: станкостроение;
• испытательные и нагрузочные стенды.

Подбор 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:

• характеристикам цикла тормозного режима;
• номинальному напряжению;
• максимальной и номинальной мощности;
• расчётному сопротивлению тормозного резистора;
• параметрам работы электродвигателя;
• классу защиты от пыли/влаги (степень защиты IP).

Документация

• Лист технических данных на тормозные резисторы ZC-BR
• Паспорт на тормозные резисторы Innovert ZC-BR