Торможение двигателя частотным преобразователем: способы и настройки

Частотный преобразователь позволяет не только регулировать скорость и плавно разгонять электродвигатель, но и управлять его остановкой. В зависимости от механизма и требований технологического процесса двигатель может останавливаться выбегом, с заданным временем замедления или с применением дополнительных способов торможения.

При этом слишком быстрое торможение способно привести к росту напряжения в звене постоянного тока ПЧ и срабатыванию защиты. Поэтому способ остановки и параметры замедления необходимо выбирать с учётом двигателя, нагрузки, инерции механизма и возможностей конкретного преобразователя.

Как частотный преобразователь останавливает двигатель

При обычной работе ПЧ формирует для двигателя напряжение и частоту, соответствующие требуемой скорости вращения. Для остановки преобразователь может постепенно уменьшать выходную частоту либо прекратить активное управление двигателем и позволить механизму остановиться по инерции.

Поведение привода при остановке зависит от выбранного режима, настроек ПЧ и механической нагрузки.

Основные варианты:

• остановка выбегом;
• торможение с заданным временем замедления;
• торможение постоянным током, если функция предусмотрена ПЧ;
• динамическое торможение с использованием тормозного резистора;
• другие способы, предусмотренные конструкцией конкретного преобразователя и электропривода.

Остановка двигателя выбегом

При остановке выбегом частотный преобразователь прекращает формировать вращающее поле, а двигатель и механизм продолжают вращаться по инерции до полной остановки.

Время остановки при этом определяется прежде всего инерцией привода, трением и характером нагрузки.

Преимущество такого режима — отсутствие необходимости принудительно отводить значительную энергию торможения через преобразователь. Недостаток — невозможность точно обеспечить короткое время остановки.

Выбег может использоваться там, где продолжительность остановки не критична и это допускается технологией и требованиями безопасности.

Торможение с заданным временем замедления

В этом режиме частотный преобразователь постепенно снижает выходную частоту по заданной рампе замедления.

Двигатель следует за уменьшающейся частотой вращения и замедляет механизм контролируемым образом.

Если инерция нагрузки невелика и заданное время торможения достаточно большое, такой режим может работать без дополнительного тормозного оборудования.

Однако при интенсивном замедлении ситуация меняется: механическая система продолжает вращать двигатель, и он может перейти в генераторный режим.

Что происходит при генераторном торможении

Когда частотный преобразователь уменьшает заданную скорость быстрее, чем механическая система способна естественно замедлиться, двигатель может начать возвращать электрическую энергию в преобразователь.

Эта энергия поступает в звено постоянного тока ПЧ.

Упрощённо процесс можно представить так:

механическая энергия → двигатель → ПЧ → звено постоянного тока

Если поступающую энергию некуда отвести, напряжение DC-шины начинает повышаться. При достижении установленного порога преобразователь может остановить работу по защите от перенапряжения.

Почему ПЧ может выдавать ошибку при быстром торможении

Одна из типичных ситуаций — двигатель нормально разгоняется и работает, но при команде остановки ПЧ отключается по перенапряжению.

Возможная причина — слишком интенсивное замедление для данной инерции механизма.

Чем больше запасённая механическая энергия и чем быстрее требуется остановить механизм, тем интенсивнее может происходить возврат энергии в преобразователь.

Однако код аварии необходимо проверять по руководству конкретного ПЧ. Перенапряжение при торможении — распространённая причина, но не единственная возможная неисправность.

Что можно сделать, если ПЧ отключается при торможении

В зависимости от оборудования и технологических требований рассматривают несколько решений:

• увеличить время замедления;
• изменить алгоритм остановки;
• использовать предусмотренные ПЧ функции торможения;
• применить тормозной резистор;
• использовать внешний тормозной модуль, если он необходим;
• применить другое техническое решение, предусмотренное производителем привода.

Выбор зависит от того, насколько быстро необходимо остановить механизм и какое количество энергии возникает при торможении.

Торможение постоянным током

Некоторые частотные преобразователи поддерживают функцию торможения постоянным током — DC braking.

В этом режиме ПЧ подаёт постоянную составляющую тока в обмотки двигателя, создавая тормозной момент.

Такой способ может применяться для удержания или более уверенной остановки на малой скорости в пределах возможностей конкретного преобразователя.

При этом энергия выделяется в виде тепла в двигателе, поэтому ток и продолжительность DC-торможения нельзя назначать произвольно.

Важно: конкретные параметры DC-торможения устанавливаются только в соответствии с документацией ПЧ и двигателя.

Когда нужен тормозной резистор

Если требуется достаточно быстрое торможение механизма с заметной инерцией, увеличение времени замедления может быть неприемлемо по условиям технологического процесса.

В таком случае одним из решений может быть динамическое торможение с тормозным резистором.

При повышении напряжения в звене постоянного тока тормозной блок подключает резистор, и часть возвращаемой энергии преобразуется в тепло.

Упрощённо:

двигатель → DC-шина ПЧ → тормозной блок → тормозной резистор → тепло

При этом наличие клемм или встроенного тормозного блока необходимо проверять по документации конкретной модели преобразователя.

Как выбрать тормозной резистор

Сопротивление тормозного резистора нельзя выбирать произвольно. Оно должно соответствовать допустимому диапазону или минимальному сопротивлению, установленному производителем конкретного ПЧ.

Слишком низкое сопротивление может привести к чрезмерному току в тормозной цепи и повреждению оборудования.

Требуемая мощность резистора зависит от энергии торможения, инерции механизма, скорости, времени остановки, частоты торможений и продолжительности включения.

Поэтому мощность электродвигателя сама по себе недостаточна для точного выбора резистора.

Подробнее: как подобрать тормозной резистор для частотного преобразователя.

Встроенный и внешний тормозной модуль

В некоторых частотных преобразователях тормозной ключ встроен в устройство. В таком случае при соблюдении требований производителя тормозной резистор может подключаться к предусмотренным для этого клеммам.

Другие модели или диапазоны мощности могут требовать внешнего тормозного модуля.

Нельзя предполагать наличие встроенного тормозного блока только по мощности или серии ПЧ — это необходимо проверять в технической документации конкретной модели.

Как настроить время торможения

Универсального времени замедления для всех электроприводов не существует.

При настройке необходимо учитывать:

• инерцию механизма;
• массу перемещаемой нагрузки;
• рабочую скорость;
• требуемое время остановки;
• частоту циклов торможения;
• возможности двигателя и ПЧ;
• наличие тормозного оборудования;
• требования технологического процесса.

Практически настройку следует начинать с безопасного режима и контролировать работу привода, ток двигателя и сообщения ПЧ. Если требуется сократить время остановки, необходимо убедиться, что преобразователь и тормозная система рассчитаны на такой режим.

Где особенно важно учитывать торможение

Вопрос торможения особенно важен для механизмов с большой инерцией или частыми остановками, например:

• конвейеров;
• центрифуг;
• подъёмных механизмов;
• станочного оборудования;
• намоточных и размоточных механизмов;
• других приводов с интенсивными циклами разгона и остановки.

При этом требования к безопасности подъёмных и других ответственных механизмов не должны определяться только настройками стандартного ПЧ. Для таких систем необходимо учитывать проектные требования и специализированные функции оборудования.

Тормозные резисторы PROMPOWER

Для задач динамического торможения в ассортименте представлены тормозные резисторы PROMPOWER серии PDBR.

Конкретный резистор необходимо выбирать по требованиям используемого частотного преобразователя и расчётному режиму торможения.

Посмотреть модели можно в разделе тормозные резисторы.

Частые ошибки при настройке торможения ПЧ

• Слишком короткое время замедления. ПЧ может отключаться по перенапряжению.
• Установка тормозного резистора без проверки допустимого сопротивления. Это может перегрузить тормозную цепь.
• Выбор резистора только по мощности двигателя. Не учитывается фактическая энергия и частота торможений.
• Предположение, что тормозной блок встроен в любой ПЧ. Необходимо проверить конкретную модель.
• Чрезмерное DC-торможение. Возможно дополнительное нагревание двигателя.
• Игнорирование инерции механизма. Именно механическая энергия во многом определяет требования к торможению.

FAQ

Почему при остановке двигателя ПЧ выдаёт перенапряжение?

Одной из возможных причин является возврат энергии от двигателя в звено постоянного тока при слишком интенсивном замедлении. Необходимо проверить код ошибки, время торможения, нагрузку и рекомендации производителя ПЧ.

Можно ли просто увеличить время торможения?

Во многих случаях увеличение времени замедления снижает интенсивность возврата энергии и может решить проблему. Но это допустимо только тогда, когда более продолжительная остановка соответствует требованиям оборудования и технологического процесса.

Всегда ли нужен тормозной резистор?

Нет. Для многих приводов достаточно выбега или контролируемого замедления. Резистор требуется тогда, когда необходимо отводить энергию при динамическом торможении и это предусмотрено конструкцией ПЧ.

Можно ли поставить тормозной резистор меньшего сопротивления для более сильного торможения?

Нельзя снижать сопротивление ниже допустимого для конкретного преобразователя. Это может привести к чрезмерному току тормозного блока и повреждению оборудования.

Чем DC-торможение отличается от тормозного резистора?

При DC-торможении ПЧ создаёт тормозной момент за счёт подачи постоянной составляющей тока в двигатель, при этом двигатель дополнительно нагревается. При динамическом торможении с резистором возвращаемая в DC-шину энергия рассеивается преимущественно в тормозном резисторе.

Какое время торможения установить в ПЧ?

Универсального значения нет. Время определяется инерцией механизма, нагрузкой, требуемой скоростью остановки и возможностями оборудования. Конкретные параметры устанавливаются по результатам расчёта и наладки с учётом документации производителя.

Заключение

Частотный преобразователь позволяет реализовать разные способы остановки электродвигателя — от свободного выбега до контролируемого торможения с отводом энергии через тормозной резистор.

Основная задача при настройке — обеспечить требуемое время остановки, не превышая возможностей двигателя, ПЧ и тормозной системы.

Если механизм обладает большой инерцией или должен часто и быстро останавливаться, режим торможения необходимо учитывать ещё на этапе выбора частотного преобразователя и дополнительного оборудования.