Wie rüstet man einen Frequenzumrichter mit einem Bremswiderstand aus?

Einführung

A Antrieb mit variabler Frequenz (VFD)auch Frequenzumrichter oder Frequenzumrichter genannt, regelt die Drehzahl von Motoren durch Anpassung der Frequenz und der Spannung, mit der sie versorgt werden. In vielen industriellen Anwendungen ist ein schnelles Abbremsen oder plötzliches Anhalten erforderlich. Bei solchen Bremsvorgängen geht der Motor von einem treibenden in einen regenerativen Zustand über, in dem er elektrische Energie erzeugt. Wenn diese überschüssige Energie nicht ordnungsgemäß verwaltet wird, kann sie zu einem Anstieg der Zwischenkreisspannung führen, wodurch der Umrichter VFD beschädigt werden kann. Um dies zu verhindern, ist der VFD mit einem Bremswiderstand ausgestattet, der die rückgespeiste Energie in Form von Wärme abführt. In diesem Artikel wird erläutert, warum Bremswiderstände in Frequenzumrichtern so wichtig sind, welche Typen üblicherweise verwendet werden und wie man die entsprechenden Widerstandswerte berechnet.

Warum sollte der Wechselrichter mit einem Bremswiderstand ausgestattet sein?

In einem Antriebssystem mit variabler Frequenz wird das Abbremsen und Anhalten des Motors in der Regel durch eine schrittweise Verringerung der Ausgangsfrequenz erreicht. Wenn jedoch die Frequenz sinkt, sinkt auch die Synchrondrehzahl des Motorrotors. Aufgrund der mechanischen Trägheit ändert sich die Rotordrehzahl nicht sofort, so dass der Motor in einen regenerativen Bremszustand übergeht. In diesem Zustand verschiebt sich der Phasenstrom des Rotors um etwa 180 Grad, wodurch der Motor in einen Generator umgewandelt wird. Die beim Bremsen zurückgewonnene Energie wird über Gleichrichter in den Gleichstromkreis zurückgeführt. Da der Gleichstromkreis des Wechselrichters keine Energie an das Netz zurückgeben kann, sammelt sich die Energie an und verursacht einen Anstieg der Gleichspannung, der als "gepumpte Spannung" bezeichnet wird.

Der Kondensator im Frequenzumrichter kann einen Teil dieser Energie absorbieren, reicht aber oft nicht aus, so dass ein externer Bremswiderstand erforderlich ist. Der Bremswiderstand absorbiert die überschüssige Rückspeiseenergie und führt sie als Wärme ab, wodurch der sichere und effiziente Betrieb des Frequenzumrichters gewährleistet wird.

In der Regel werden zwei Arten von Widerständen in der Technik häufiger verwendet

In technischen Anwendungen werden in Verbindung mit Frequenzumrichtern in der Regel zwei Haupttypen von Bremswiderständen verwendet:

Gewellte Widerstände: Diese Widerstände sind vertikal gewellt, was die Wärmeableitung verbessert und gleichzeitig die parasitäre Induktivität minimiert. Sie sind in der Regel mit schwer entflammbaren anorganischen Materialien beschichtet, um die Widerstandsdrähte vor Alterung zu schützen und ihre Lebensdauer zu verlängern. Gewellte Widerstände sind äußerst langlebig und eignen sich gut für die Ableitung regenerativer Energie bei schneller Abbremsung, was sie für anspruchsvolle industrielle Anwendungen geeignet macht.

Widerstände aus Aluminiumlegierung: Diese Widerstände sind mit einer Aluminiumlegierung ummantelt und bieten eine hervorragende Wärmeableitung und ein kompaktes Design. Ihre robuste Struktur bietet eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Vibrationen, raue Witterungsbedingungen und langfristige Stabilität. Sie sind häufig mit Kühlkörpern ausgestattet, um die thermische Leistung zu verbessern. Aufgrund ihrer geringen Größe, ihrer hohen Leistungskapazität und ihres ästhetischen Designs werden Widerstände aus Aluminiumlegierungen häufig in rauen Industrieumgebungen eingesetzt.

Wenn ein VFD den Motor abbremst, geht der Motor in einen regenerativen Zustand über, und die regenerative Energie wird in den Gleichstrombus zurückgespeist. Der Bremswiderstand erkennt zusammen mit einer Bremseinheit den Anstieg der Gleichspannung. Wenn die Spannung einen vordefinierten Schwellenwert überschreitet, wird die Bremseinheit aktiviert und entlädt die überschüssige Energie über den Widerstand, bis die Spannung auf ein sicheres Niveau sinkt.

Wie berechnet man den Widerstand des mit dem Umrichter ausgestatteten Bremswiderstandes?

Die Berechnung des richtigen Widerstandswerts für den Bremswiderstand ist wichtig, um eine ordnungsgemäße Bremsleistung zu gewährleisten und Schäden am Umrichter oder der Bremseinheit zu vermeiden. Die folgenden Schritte beschreiben, wie Sie den Widerstand und die Leistung des Bremswiderstands bestimmen:

Bestimmen Sie das erforderliche Bremsmoment: Das während der Verzögerung erforderliche Bremsmoment ist ein Schlüsselfaktor. Dieses Drehmoment hängt von der Motorleistung und der Lastcharakteristik ab. Der Bremswiderstand sollte auf der Grundlage des maximal erforderlichen Bremsmoments ausgewählt werden.

Berechnen des Widerstandes des Bremswiderstandes: Der Widerstandswert des Bremswiderstandes sollte so gewählt werden, dass der durch ihn fließende Bremsstrom Ic den maximal zulässigen Strom des Bremsgerätes nicht überschreitet. Die Formel zur Berechnung des Widerstandes des Bremswiderstandes lautet:

 

1. 800 stellt die maximal mögliche Gleichspannung im Wechselrichter dar.
2. Icist der maximal zulässige Strom des Bremsgeräts.

Darüber hinaus können für Motoren mit unterschiedlichen Nennleistungen die folgenden allgemeinen Richtlinien zur Berechnung der Bremswiderstandswerte für Motoren der 380-V-Reihe verwendet werden:

Berechnen Sie die Nennleistung des Bremswiderstandes: Die Nennleistung des Bremswiderstandes hängt von der Motorleistung und der Bremsfrequenz ab. Eine allgemeine Faustregel für die Berechnung der Nennleistung des Widerstands ist:

1. Der Prozentsatz der Last beträgt typischerweise 10-15% für allgemeine Lasten und 15-20% für häufiges oder lang andauerndes Bremsen.

Sicherheitsmargen berücksichtigen: Um eine langfristige Stabilität zu gewährleisten und eine Überlastung zu vermeiden, sollte die maximale Nennleistung des Bremswiderstands mindestens das 1,5-fache der Nennleistung des Frequenzumrichters betragen. Außerdem sollte der Bremsstrom Is den Nennstrom Ie des Umrichters nicht überschreiten.

Schlussfolgerung

Die Ausstattung eines variabler Frequenzantrieb mit dem richtigen Bremswiderstand ist entscheidend für die sichere Verwaltung der beim Abbremsen oder Anhalten erzeugten regenerativen Energie. Das Verständnis der Prinzipien des Bremsens in einem Frequenzumrichtersystem und die Auswahl des geeigneten Widerstands auf der Grundlage von Widerstands- und Leistungsberechnungen stellen sicher, dass der Umrichter-VFD in anspruchsvollen industriellen Umgebungen effizient und sicher arbeitet.