Projektowanie i testowanie dynamicznego rezystora hamowania PowerFlex

Hamowanie dynamiczne nie jest po prostu zmianą parametru. To problem projektowy związany z zarządzaniem energią: gdy napędzane obciążenie zwalnia, silnik może oddawać energię do szyny prądu stałego przemiennika częstotliwości, a napięcie szyny wzrasta, chyba że energia ta zostanie zwrócona do sieci, zmagazynowana lub zamieniona w ciepło. Prawidłowo dobrany rezystor hamowania zapewnia przemiennikowi PowerFlex kontrolowaną drogę odprowadzania tej energii, ale rezystor, tranzystor hamowania, okablowanie, obudowa i profil zatrzymania muszą być traktowane jako jeden system.

Napęd PowerFlex może wykorzystywać hamowanie dynamiczne tylko wtedy, gdy jego konkretna obudowa i zestaw opcji obsługują wymagany obwód hamowania.

Zacznij od zdarzenia regeneracyjnego

Rezystor należy dobierać na podstawie profilu ruchu, a nie wyłącznie mocy silnika. Zapisz prędkość silnika przed hamowaniem, prędkość końcową, wymagany czas zatrzymania, całkowity moment bezwładności sprowadzony do wału silnika, przełożenie przekładni oraz częstotliwość powtarzania zatrzymań. Wirówka o dużym momencie bezwładności, zatrzymywana raz na zmianę, oraz oś pionowa opuszczająca ładunek co 20 sekund mogą mieć podobne silniki, ale radykalnie różne obciążenie cieplne.

Energia dostępna w układzie wirującym jest proporcjonalna do momentu bezwładności i kwadratu prędkości. Podczas liniowego hamowania tylko część tej energii dociera do rezystora, ponieważ część pochłaniają straty mechaniczne oraz straty silnika i napędu. Konserwatywne zadanie inżynierskie polega na oszacowaniu szczytowej mocy regeneracyjnej podczas zatrzymania oraz mocy średniej w całym cyklu pracy. Dokument firmy Rockwell Automation PowerFlex Dynamic Braking Resistor Calculator application technique zawiera równania zależne od modelu, minimalne wartości rezystancji, sposób uwzględniania cyklu pracy oraz tabele doboru.

Nie zastępuj obliczonej rezystancji przybliżoną wartością tylko dlatego, że jest dostępna fizycznie. Rezystancja niższa od minimalnej wartości dopuszczalnej dla napędu może spowodować nadmierny prąd tranzystora hamowania. Rezystancja zbyt duża może nie pobierać wystarczającego prądu, aby zapobiec wyzwoleniu zabezpieczenia przed przepięciem szyny prądu stałego. Moc znamionowa ma również dwa znaczenia: rezystor musi wytrzymać krótki impuls szczytowy oraz rozpraszać długotrwałe ciepło średnie bez przekroczenia swojej granicznej temperatury.

Potwierdź dokładny sprzęt PowerFlex

PowerFlex to rodzina produktów, a nie jeden projekt elektryczny. Dostępność choppera hamowania, oznaczenia zacisków, minimalna rezystancja, numery parametrów i zabezpieczenia wewnętrzne różnią się między seriami PowerFlex 520, 750 oraz starszymi produktami z rodziny 7-Class, a czasami także między rozmiarami obudów w obrębie jednej serii. Odczytaj numer katalogowy i rozmiar obudowy z tabliczki znamionowej, a następnie skorzystaj z aktualnej instrukcji obsługi i danych technicznych dotyczących dokładnie tego napędu. Kolekcja Allen-Bradley PowerFlex może pomóc w identyfikacji zainstalowanej rodziny produktów, ale w decyzjach inżynierskich nadrzędne znaczenie ma tabliczka znamionowa.

Ustal również, czy maszyna rzeczywiście potrzebuje rezystora. Wydłużenie rampy hamowania może wyeliminować regenerację. Wspólna szyna prądu stałego może umożliwić współdzielenie energii między osiami napędzającymi i regenerującymi. Aktywny prostownik wejściowy może zwracać energię do sieci. Hamulce mechaniczne nadal są konieczne tam, gdzie ładunek musi pozostać utrzymany po odłączeniu momentu. Hamowanie dynamiczne poprawia kontrolowane zwalnianie; nie jest funkcją zatrzymania o poziomie bezpieczeństwa ani hamulcem podtrzymującym.

Używaj wyłącznie oznaczeń zacisków i układu okablowania przedstawionych dla dokładnego rozmiaru obudowy napędu.

Zaprojektuj ochronę cieplną przed wykonaniem okablowania

Zewnętrzny rezystor zamienia energię elektryczną w intensywne ciepło. Zamontuj go z zachowaniem odstępów, wentylacji, orientacji powierzchni i stopnia ochrony obudowy określonych przez producenta. Trzymaj go z dala od izolacji przewodów, plastikowych kanałów, filtrów, palnego pyłu i powierzchni dostępnych dla operatora. Uwzględnij temperaturę otoczenia oraz ciepło gromadzące się w górnej części obudowy.

W dokumencie aplikacyjnym firmy Rockwell wyraźnie ostrzeżono, że napędy PowerFlex same nie chronią zewnętrznie montowanych rezystorów hamowania. Użyj samoczynnie zabezpieczonego zespołu rezystora albo prawidłowo zaprojektowanego obwodu zabezpieczenia przed przegrzaniem. Termostat rezystora powinien zainicjować bezpieczną reakcję określoną w ocenie ryzyka maszyny, zwykle odłączając zasilanie wejściowe napędu za pomocą odpowiednio dobranego stycznika lub w inny sposób uniemożliwiając dalszą regenerację. Nie prowadź prądu rezystora przez mały styk termostatu.

Dobierz przewody, zaciski, zabezpieczenie przeciwzwarciowe i uziemienie zgodnie z instrukcją napędu oraz lokalnymi przepisami. Przewody hamowania powinny być krótkie i prowadzone zgodnie z instrukcją, ponieważ szybko przełączany prąd może powodować zakłócenia elektryczne. Przed podaniem zasilania odłącz źródło energii, odczekaj określony czas rozładowania szyny prądu stałego, sprawdź brak napięcia i zmierz zainstalowaną rezystancję na odpowiednich zaciskach.

Konfiguruj bez kopiowania numerów parametrów

Pierwotna wersja wymieniała numery parametrów tak, jakby obowiązywały we wszystkich modelach PowerFlex. Jest to niebezpieczne. Identyfikatory parametrów zmieniają się w zależności od rodziny, wersji oprogramowania sprzętowego, trybu sterowania i portu. Skorzystaj z instrukcji dotyczącej dokładnego numeru katalogowego, aby wybrać tryb zatrzymania, włączyć funkcję hamowania dynamicznego lub profil zewnętrznego rezystora oraz wprowadzić dane rezystora, jeśli dana wersja to obsługuje. Nigdy nie włączaj tranzystora hamowania tylko dlatego, że podobny napęd korzysta z menu o podobnym wyglądzie.

Sprawdź dane z tabliczki znamionowej silnika, limit prądu, ustawienia regulacji napięcia szyny, czas hamowania oraz ewentualny limit mocy regeneracyjnej jako jeden skoordynowany zestaw ustawień. Jeśli regulacja szyny automatycznie wydłuża rampę, może to ukryć niedowymiarowanie rezystora podczas uruchamiania. Z kolei wyłączenie regulacji szyny bez potwierdzenia wydajności rezystora może zamienić sporadyczne wyzwolenie zabezpieczenia przed przepięciem w stałe obciążenie cieplne.

Nazwy parametrów i ich wartości graniczne należy zaczerpnąć z instrukcji dotyczącej dokładnego numeru katalogowego i wersji oprogramowania sprzętowego napędu PowerFlex.

Uruchamiaj, wykonując pomiary zatrzymań

Rozpocznij od testu bez obciążenia lub z ograniczoną energią oraz z dłuższym czasem hamowania. Rejestruj prędkość zadaną, prędkość rzeczywistą, napięcie szyny prądu stałego, prąd wyjściowy, stan hamowania, jeśli jest dostępny, oraz historię usterek. Skracaj rampę stopniowo i w kontrolowany sposób, sprawdzając, czy napięcie szyny pozostaje poniżej progu zadziałania zabezpieczenia oraz czy maszyna nie traci kontroli ani nie przekracza limitów prądu.

Następnie przetestuj najgorszy wiarygodny warunek produkcyjny: maksymalną prędkość, maksymalny sprowadzony moment bezwładności, najwyższe spodziewane napięcie sieci, powtarzające się zatrzymania w najkrótszym cyklu oraz najwyższą temperaturę otoczenia. Zmierz temperaturę rezystora odpowiednią metodą i potwierdź działanie termostatu. Pojedyncze udane zatrzymanie na zimno nie potwierdza zdolności do pracy w danym cyklu.

Zapisz numer katalogowy rezystora, rezystancję, parametry mocy ciągłej i impulsowej, wymagania montażowe, logikę zabezpieczeń, kopię zapasową parametrów oraz wyniki pomiarów. Dodatkowe informacje dotyczące kontroli uruchomienia napędu znajdziesz w naszym przewodniku inżynierskim po przemiennikach częstotliwości. Trwała zasada projektowa jest prosta: oblicz energię, przestrzegaj ograniczeń elektrycznych napędu, niezależnie zabezpiecz rezystor i sprawdź cały cykl w realistycznych warunkach.