Проектирование и испытания тормозного резистора PowerFlex

Динамическое торможение — это не просто изменение параметра. Это задача проектирования системы управления энергией: когда приводимая нагрузка замедляется, двигатель может рекуперировать энергию в звено постоянного тока ПЧ, из-за чего напряжение в звене повышается, если эта энергия не возвращается в сеть, не накапливается или не преобразуется в тепло. Правильно подобранный тормозной резистор обеспечивает приводу PowerFlex контролируемый путь отвода этой энергии, однако резистор, тормозной транзистор, проводка, корпус и профиль остановки необходимо рассматривать как единую систему.

Привод PowerFlex может использовать динамическое торможение только в том случае, если его конкретное исполнение и набор опций поддерживают необходимую тормозную цепь.

Начните с рекуперативного режима

Резистор следует выбирать по профилю движения, а не только по мощности двигателя. Зафиксируйте скорость двигателя перед замедлением, конечную скорость, требуемое время остановки, суммарный приведённый момент инерции, передаточное отношение редуктора и частоту повторения остановок. Центрифуга с высокой инерцией, останавливающаяся один раз за смену, и вертикальная ось, опускающаяся каждые 20 секунд, могут иметь двигатели схожей мощности, но принципиально различную тепловую нагрузку.

Энергия вращающейся системы пропорциональна моменту инерции и квадрату скорости. При линейном замедлении до резистора доходит лишь часть этой энергии, поскольку механические потери и потери в двигателе и приводе поглощают некоторую её долю. Консервативная инженерная задача заключается в оценке максимальной рекуперативной мощности во время остановки и средней мощности за полный рабочий цикл. В документе Rockwell Automation PowerFlex Dynamic Braking Resistor Calculator application technique приведены уравнения для конкретных моделей, минимальные значения сопротивления, учёт рабочего цикла и таблицы выбора.

Не заменяйте резистор приблизительным аналогом только потому, что он есть в наличии. Сопротивление ниже минимально допустимого для привода может привести к чрезмерному току тормозного транзистора. Слишком высокое сопротивление может не обеспечить достаточный ток для предотвращения отключения по перенапряжению звена постоянного тока. Мощность также имеет два значения: резистор должен выдерживать кратковременный импульс пиковой мощности и рассеивать длительное среднее тепловыделение, не превышая допустимый температурный предел.

Проверьте точное исполнение PowerFlex

PowerFlex — это семейство приводов, а не одна электрическая конструкция. Наличие тормозного ключа, обозначения клемм, минимальное сопротивление, номера параметров и внутренняя защита различаются у PowerFlex 520, 750 и устаревших изделий 7-Class, а иногда и между типоразмерами одной серии. Прочитайте каталожный номер и типоразмер на паспортной табличке, затем используйте актуальное руководство пользователя и технические данные именно для этого привода. Коллекция Allen-Bradley PowerFlex поможет определить установленное семейство изделий, однако окончательным источником для инженерных решений остаётся паспортная табличка.

Также определите, действительно ли машине нужен резистор. Увеличение времени замедления может устранить рекуперацию. Общая шина постоянного тока может распределять энергию между осями, работающими в двигательном и генераторном режимах. Активный выпрямитель может возвращать энергию в сеть. Механические тормоза по-прежнему необходимы, если нагрузку нужно удерживать после снятия момента. Динамическое торможение улучшает управляемое замедление, но не является функцией остановки с номинальным уровнем безопасности или удерживающим тормозом.

Используйте только обозначения клемм и схему подключения, указанные для конкретного типоразмера привода.

Спроектируйте тепловую защиту до выполнения монтажа

Внешний резистор преобразует электрическую энергию в интенсивное тепло. Установите его с соблюдением зазоров, требований к вентиляции, ориентации поверхности и степени защиты корпуса, указанных изготовителем. Держите его вдали от изоляции кабелей, пластиковых кабель-каналов, фильтров, горючей пыли и доступных для оператора поверхностей. Учитывайте температуру окружающей среды и накопление тепла в верхней части шкафа.

В документе Rockwell прямо предупреждается, что приводы PowerFlex самостоятельно не защищают внешние тормозные резисторы. Используйте резисторный блок со встроенной защитой или правильно спроектированную цепь защиты от перегрева. Термостат резистора должен инициировать безопасную реакцию, определённую оценкой рисков машины: обычно это отключение входа привода через контактор соответствующего номинала либо иное предотвращение дальнейшей рекуперации. Не пропускайте ток резистора через маломощный контакт термостата.

Выбирайте проводники, клеммы, защиту от короткого замыкания и заземление в соответствии с руководством по приводу и местными нормами. Держите тормозные провода короткими и прокладывайте их согласно инструкциям, поскольку быстро переключаемый ток может создавать электрические помехи. Перед подачей питания отключите источник, выждите указанное время разряда шины постоянного тока, убедитесь в отсутствии напряжения и измерьте установленное сопротивление на соответствующих клеммах.

Настраивайте привод, не перенося номера параметров без проверки

В первоначальном варианте номера параметров были приведены так, будто они применимы ко всем моделям PowerFlex. Это небезопасно. Идентификаторы параметров меняются в зависимости от семейства, версии микропрограммы, режима управления и порта. Используйте руководство для конкретного каталожного номера, чтобы выбрать режим остановки, включить функцию динамического торможения или профиль внешнего резистора и ввести данные резистора, если это поддерживается. Никогда не включайте тормозной транзистор только потому, что похожий привод использует меню с аналогичным видом.

Проверяйте паспортные данные двигателя, ограничение тока, настройки регулирования напряжения шины, время замедления и любой предел рекуперативной мощности как единую согласованную конфигурацию. Если регулирование шины автоматически увеличивает время разгона, это может скрыть недостаточную мощность резистора во время ввода в эксплуатацию. И наоборот, отключение регулирования шины без подтверждения допустимой мощности резистора может превратить периодическое отключение по перенапряжению в длительную тепловую нагрузку.

Названия и предельные значения параметров необходимо брать из руководства для конкретного каталожного номера PowerFlex и версии микропрограммы.

Проводите ввод в эксплуатацию по результатам измеренных остановок

Начните с испытания без нагрузки или с пониженной энергией и увеличенным временем замедления. Отслеживайте заданную скорость, фактическую скорость, напряжение шины постоянного тока, выходной ток, состояние торможения, если оно доступно, и историю неисправностей. Уменьшайте время замедления контролируемыми шагами, проверяя, что напряжение шины остаётся ниже порога отключения, а машина не теряет управление и не превышает ограничения по току.

Затем испытайте наиболее тяжёлое реалистичное производственное условие: максимальную скорость, максимальный приведённый момент инерции, максимально ожидаемое напряжение сети, повторяющиеся остановки с минимальным временем цикла и наиболее высокую температуру окружающей среды. Измерьте температуру резистора подходящим методом и проверьте срабатывание термостата. Одна успешная остановка на холодном оборудовании не подтверждает допустимость рабочего цикла.

Зафиксируйте артикул резистора, сопротивление, номиналы для непрерывного и импульсного режима, требования к монтажу, логику защиты, резервную копию параметров и результаты измерений. Дополнительные проверки при вводе привода в эксплуатацию см. в нашем инженерном руководстве по ПЧ. Основной принцип надёжного проектирования прост: рассчитайте энергию, соблюдайте электрические ограничения привода, обеспечьте независимую защиту резистора и проверьте весь цикл в реалистичных условиях.