Thiết kế và kiểm thử điện trở hãm động PowerFlex

Hãm động năng không chỉ đơn giản là thay đổi một tham số. Đây là một bài toán thiết kế quản lý năng lượng: khi tải dẫn động giảm tốc, động cơ có thể tái sinh năng lượng vào bus DC của VFD, khiến điện áp bus tăng lên trừ khi năng lượng đó được trả về nguồn điện, lưu trữ hoặc chuyển hóa thành nhiệt. Điện trở hãm được lựa chọn đúng sẽ tạo cho biến tần PowerFlex một đường dẫn có kiểm soát để tiêu tán năng lượng đó, nhưng điện trở, transistor hãm, hệ thống dây dẫn, vỏ tủ và đặc tính dừng phải được xem xét như một hệ thống thống nhất.

Biến tần PowerFlex chỉ có thể sử dụng hãm động năng khi đúng kiểu khung và bộ tùy chọn của biến tần hỗ trợ mạch hãm cần thiết.

Bắt đầu với sự kiện tái sinh năng lượng

Điện trở phải được lựa chọn dựa trên biên dạng chuyển động, không chỉ dựa vào công suất động cơ. Hãy ghi lại tốc độ động cơ trước khi giảm tốc, tốc độ cuối, thời gian dừng yêu cầu, tổng quán tính quy đổi, tỷ số hộp số và tần suất lặp lại thao tác dừng. Một máy ly tâm có quán tính lớn, chỉ dừng một lần mỗi ca, và một trục đứng hạ tải sau mỗi 20 giây có thể sử dụng các động cơ tương tự nhau nhưng có chế độ tải nhiệt hoàn toàn khác biệt.

Năng lượng khả dụng của một hệ thống quay tỷ lệ thuận với quán tính và bình phương tốc độ. Trong quá trình giảm tốc tuyến tính, chỉ một phần năng lượng đó đến điện trở vì tổn hao cơ khí và tổn hao trong động cơ-biến tần đã hấp thụ một phần năng lượng. Nhiệm vụ kỹ thuật theo hướng bảo thủ là ước tính công suất tái sinh cực đại trong quá trình dừng và công suất trung bình trong toàn bộ chu kỳ vận hành. Tài liệu kỹ thuật ứng dụng Bộ tính điện trở hãm động năng PowerFlex của Rockwell Automation cung cấp các phương trình theo từng mẫu, giới hạn điện trở tối thiểu, cách tính chu kỳ làm việc và bảng lựa chọn.

Không được thay thế bằng một giá trị điện trở gần đúng chỉ vì nó sẵn có về mặt vật lý. Điện trở thấp hơn giá trị tối thiểu của biến tần có thể khiến dòng điện qua transistor hãm vượt quá mức cho phép. Điện trở quá cao có thể không tạo đủ dòng điện để ngăn lỗi quá điện áp bus DC. Công suất định mức cũng có hai ý nghĩa: điện trở phải chịu được xung công suất cực đại ngắn hạn và phải tiêu tán nhiệt trung bình dài hạn mà không vượt quá giới hạn nhiệt độ.

Xác nhận đúng phần cứng PowerFlex

PowerFlex là một dòng sản phẩm, không phải một thiết kế điện duy nhất. Khả năng của bộ băm hãm, tên các đầu nối, điện trở tối thiểu, số tham số và cơ chế bảo vệ bên trong khác nhau giữa PowerFlex 520, 750 và các sản phẩm 7-Class đời cũ, thậm chí đôi khi còn khác nhau giữa các cỡ khung trong cùng một dòng. Hãy đọc mã sản phẩm và cỡ khung trên nhãn thông số, sau đó sử dụng hướng dẫn sử dụng và tài liệu kỹ thuật hiện hành dành cho đúng biến tần đó. Bộ sưu tập Allen-Bradley PowerFlex có thể giúp xác định dòng sản phẩm đang lắp đặt, nhưng nhãn thông số vẫn là căn cứ chính cho các quyết định kỹ thuật.

Đồng thời, hãy xác định xem máy có thực sự cần điện trở hay không. Kéo dài thời gian dốc giảm tốc có thể loại bỏ hiện tượng tái sinh. Một bus DC chung có thể chia sẻ năng lượng giữa các trục đang kéo tải và tái sinh. Bộ chỉnh lưu tích cực có thể trả điện năng về lưới điện. Phanh cơ vẫn cần thiết khi tải phải được giữ sau khi mô-men xoắn bị ngắt. Hãm động năng giúp giảm tốc có kiểm soát; đây không phải là chức năng dừng được chứng nhận an toàn và cũng không phải phanh giữ tải.

Chỉ sử dụng ký hiệu đầu nối và sơ đồ đấu dây được chỉ rõ cho đúng cỡ khung của biến tần.

Thiết kế bảo vệ nhiệt trước khi đấu dây

Điện trở bên ngoài chuyển hóa điện năng thành nhiệt lượng lớn. Hãy lắp đặt điện trở với khoảng hở, thông gió, hướng đặt bề mặt và cấp bảo vệ của vỏ tủ theo quy định của nhà sản xuất. Giữ điện trở cách xa lớp cách điện của cáp, máng nhựa, bộ lọc, bụi dễ cháy và các bề mặt mà người vận hành có thể chạm vào. Phải tính đến nhiệt độ môi trường và lượng nhiệt bị giữ lại ở nóc tủ.

Tài liệu kỹ thuật ứng dụng của Rockwell cảnh báo rõ rằng bản thân biến tần PowerFlex không bảo vệ các điện trở hãm lắp bên ngoài. Hãy sử dụng cụm điện trở có chức năng tự bảo vệ hoặc mạch bảo vệ quá nhiệt được thiết kế đúng cách. Bộ điều nhiệt của điện trở phải khởi động phản ứng an toàn được xác định trong đánh giá rủi ro của máy, thường là ngắt đầu vào biến tần thông qua công tắc tơ có định mức phù hợp hoặc bằng cách khác ngăn không cho tiếp tục tái sinh năng lượng. Không được cho dòng điện điện trở đi qua tiếp điểm điều nhiệt nhỏ.

Chọn tiết diện dây dẫn, đầu nối, thiết bị bảo vệ ngắn mạch và hệ thống nối đất theo hướng dẫn của biến tần và quy chuẩn địa phương. Giữ dây hãm ngắn và đi dây theo hướng dẫn vì dòng điện đóng cắt nhanh có thể tạo nhiễu điện. Trước khi cấp điện, hãy cô lập nguồn, chờ đủ thời gian xả bus DC được quy định, xác nhận không còn điện áp và đo điện trở đã lắp tại các đầu nối thích hợp.

Cấu hình mà không sao chép số tham số

Bản nháp ban đầu liệt kê các số tham số như thể chúng áp dụng cho mọi mẫu PowerFlex. Điều đó không an toàn. Tên và số tham số thay đổi theo dòng sản phẩm, phiên bản phần mềm, chế độ điều khiển và cổng. Hãy sử dụng hướng dẫn dành cho đúng mã sản phẩm để chọn chế độ dừng, bật chức năng hãm động năng hoặc cấu hình điện trở bên ngoài và nhập dữ liệu điện trở nếu biến tần hỗ trợ. Không bao giờ bật transistor hãm chỉ vì một biến tần tương tự sử dụng trình đơn có vẻ giống nhau.

Hãy kiểm tra dữ liệu trên nhãn động cơ, giới hạn dòng điện, cài đặt điều chỉnh bus, thời gian giảm tốc và mọi giới hạn công suất tái sinh như một cấu hình phối hợp thống nhất. Nếu chức năng điều chỉnh bus tự động kéo dài thời gian dốc, nó có thể che giấu tình trạng điện trở không đủ công suất trong quá trình chạy thử. Ngược lại, tắt chức năng điều chỉnh bus mà chưa chứng minh công suất của điện trở có thể biến một lỗi quá điện áp thỉnh thoảng xảy ra thành ứng suất nhiệt kéo dài.

Tên và giới hạn tham số phải được lấy từ hướng dẫn dành cho đúng mã sản phẩm PowerFlex và phiên bản phần mềm.

Chạy thử với các lần dừng được đo lường

Bắt đầu bằng thử nghiệm khi không tải hoặc với mức năng lượng giảm, đồng thời sử dụng thời gian giảm tốc dài hơn. Ghi xu hướng tốc độ đặt, tốc độ thực tế, điện áp bus DC, dòng điện đầu ra, trạng thái hãm nếu có và lịch sử lỗi. Rút ngắn thời gian dốc theo từng bước có kiểm soát, đồng thời kiểm tra để bảo đảm bus vẫn thấp hơn ngưỡng lỗi và máy không mất khả năng điều khiển hoặc vượt quá giới hạn dòng điện.

Sau đó, hãy thử nghiệm trong điều kiện sản xuất thực tế khắc nghiệt nhất có thể xảy ra: tốc độ tối đa, quán tính quy đổi tối đa, điện áp đường dây cao nhất dự kiến, các lần dừng lặp lại với chu kỳ ngắn nhất và nhiệt độ môi trường cao nhất. Đo nhiệt độ điện trở bằng phương pháp phù hợp và kiểm chứng phản ứng của bộ điều nhiệt. Một lần dừng thành công khi hệ thống còn nguội không chứng minh được khả năng chịu chu kỳ tải.

Hãy ghi lại mã sản phẩm điện trở, giá trị điện trở, định mức liên tục và xung, yêu cầu lắp đặt, logic bảo vệ, bản sao lưu tham số và các kết quả đo được. Để xem thêm các bước kiểm tra chạy thử biến tần, hãy tham khảo hướng dẫn kỹ thuật VFD của chúng tôi. Nguyên tắc thiết kế bền vững rất đơn giản: tính toán năng lượng, tôn trọng các giới hạn điện của biến tần, bảo vệ điện trở độc lập và xác nhận toàn bộ chu kỳ trong điều kiện thực tế.