Расчёт тормозного резистора для преобразователя частоты

Как считаем

При торможении двигатель работает генератором и заряжает конденсаторы звена постоянного тока. Когда напряжение звена доходит до порога, открывается тормозной ключ и сбрасывает энергию в резистор. У резистора три требования. Их одинаково формулируют Schneider Electric, Danfoss и ABB:

Не меньше минимального сопротивления из руководства на ПЧ. Иначе ток перегрузит тормозной ключ.
Не больше максимального, чтобы резистор успевал забрать пиковую мощность: R_макс = U_торм² / P_пик.
Мощность — по среднему значению за цикл: P_ср = E / T_цикла. Пиковую мощность резистор должен выдерживать столько, сколько длится торможение.

Пиковую мощность считаем одним из трёх способов:

По мощности двигателя (методика Danfoss): P_пик = P_дв × M_торм × η_дв × η_ПЧ. Часть энергии теряется в двигателе и ПЧ, поэтому до резистора доходит меньше механической мощности.
По моменту инерции (ABB, КОСПА): M = J × (ω₁ − ω₂) / t, P_пик = M × ω₁ × η, энергия E = J × (ω₁² − ω₂²) / 2 × η. Мощность максимальна в начале торможения, пока скорость высокая.
Опускание груза: P = m × g × v × η_мех × η_дв × η_ПЧ. Здесь мощность постоянна всё время спуска, а при замедлении груза добавляется ускорение: m × (g + a) × v.

ПВ (продолжительность включения) — доля времени, когда резистор греется: ПВ = t_торм / T_цикла. Danfoss для механизмов передвижения закладывает ПВ 10 %, для подъёма — 40 %.

Пример расчёта

Способ: «По мощности двигателя». Эти же значения стоят в калькуляторе по умолчанию.

Исходные данные	Значение
Мощность двигателя	11 кВт
Тормозной момент	100 % от номинального
Характер торможения	Остановка: мощность спадает до нуля
КПД двигателя	0,9
КПД преобразователя частоты	0,98
Время торможения (для спуска — время опускания)	5 с
Время всего цикла работы	60 с
Напряжение включения тормозного ключа	760 В

Результат	Значение
Пиковая мощность торможения	9,70 кВт
Сопротивление резистора — не больше	59,5 Ом
Средняя мощность за цикл — длительная мощность резистора не меньше	0,404 кВт

P_пик = P_дв × M_торм × η_дв × η_ПЧ = 11,0 кВт × 1,00 × 0,90 × 0,98 = 9,70 кВт
E = P_пик × t_торм / 2 = 9,70 кВт × 5,00 с / 2 = 24,3 кДж
R_макс = U² / P_пик = 760² / 9 702 Вт = 59,5 Ом
P_ср = E / T_цикла = 24 255 Дж / 60,0 с = 404 Вт; ПВ = 5,00 / 60,0 = 8,3 %

Ограничения расчёта

Трение механизма в расчёте не учтено — оно помогает тормозить, поэтому результат идёт с запасом.
Порог тормозного ключа у разных ПЧ разный: для сети 380–480 В — от 700 до 810 В. Точное значение и минимальное сопротивление возьмите из руководства на ваш ПЧ.
Резисторы выпускают с разной перегрузочной способностью. Итоговый выбор делайте по каталогу: сопротивление, длительная мощность и допустимая ПВ.
Если торможение длится минутами (спуск, размотка), дешевле в эксплуатации рекуперативный модуль, возвращающий энергию в сеть.

Частые вопросы

Что будет, если поставить резистор с большим сопротивлением?

Ток через резистор будет меньше, и он не успеет забрать энергию торможения. Напряжение звена продолжит расти, и ПЧ остановится с ошибкой перенапряжения — у Control Techniques это Over Volts, у Mitsubishi E.OV2, у Veichi — OU.

А если сопротивление меньше минимального для ПЧ?

Ток превысит допустимый для тормозного ключа. Транзистор перегреется и выйдет из строя, чаще всего с пробоем накоротко. Тогда резистор оказывается подключён к звену постоянно и сильно греется. Это одна из частых причин, по которым ПЧ попадают к нам в ремонт.

Можно собрать резистор из нескольких?

Да, последовательно или параллельно. Берите одинаковые резисторы, чтобы мощность делилась поровну. Посчитать сборку можно в калькуляторе соединения резисторов.

Источники

По теме

Сомневаетесь в расчёте или ПЧ уже вышел из строя? Пришлите данные и фото шильдика — инженер ответит в рабочее время.

Спросить инженера

← Все калькуляторы