Solusi Pengereman untuk Sistem VFD

Ikhtisar Solusi Solusi Artikel Terkait

Apa fungsi dari solusi pengereman VFD?

Solusi pengereman VFD digunakan untuk menangani energi regeneratif yang dihasilkan selama perlambatan atau penghentian motor, mencegah tegangan bus DC yang berlebihan dan memastikan pengoperasian sistem yang aman dan efisien. Solusi umum termasuk pengereman dinamis dan pengereman regeneratif, yang dapat dipilih berdasarkan karakteristik beban, efisiensi energi, dan persyaratan biaya.

Dalam sistem kontrol kecepatan frekuensi variabel, perlambatan dan penghentian motor dicapai dengan mengurangi frekuensi secara bertahap. Pada saat frekuensi menurun, kecepatan sinkron motor turun sesuai, sementara kecepatan rotor tetap tidak berubah karena inersia mekanis. Ketika kecepatan sinkron w_1 menjadi lebih rendah dari kecepatan rotor w, fase arus rotor bergeser hampir 180 derajat, menyebabkan motor bertransisi dari mode motoring ke mode generating. Bersamaan dengan itu, torsi pada poros motor menjadi torsi pengereman T_e, dengan cepat mengurangi kecepatan motor, menempatkan motor dalam keadaan pengereman regeneratif. Energi listrik regenerasi P dari motor diumpankan kembali ke sirkuit DC melalui penyearah gelombang penuh melalui dioda freewheeling. Karena energi listrik di sirkuit DC tidak dapat diumpankan kembali ke jaringan melalui jembatan penyearah, energi tersebut hanya diserap oleh kapasitor inverter itu sendiri. Meskipun bagian lain dapat mengonsumsi energi listrik, kapasitor masih mengakumulasi muatan untuk waktu yang singkat, membentuk “tegangan pompa,” yang menyebabkan tegangan DC Ud naik. Tegangan DC yang berlebihan dapat merusak berbagai komponen. Oleh karena itu, tindakan harus diambil untuk menangani energi regeneratif ini. Perusahaan kami menawarkan dua solusi berikut.

Solusi A: Pengereman Dinamis
Metode ini mengonsumsi energi regeneratif melalui resistor pengereman. Prinsip kerjanya melibatkan penggunaan chopper (juga dikenal sebagai unit pengereman) untuk mengontrol resistor pengereman dalam menyerap energi di dalam sirkuit DC, sehingga mencapai pengereman yang cepat. Solusi ini memiliki struktur sederhana, biaya rendah, dan torsi pengereman tinggi, dan tidak menyebabkan polusi pada jaringan listrik. Namun, ia tidak dapat memulihkan energi regeneratif. Ini cocok untuk skenario yang sensitif terhadap biaya atau dengan persyaratan rendah untuk stabilitas jaringan, seperti pada sentrifugal standar atau mesin planing.

Solusi B: Pengereman Regeneratif
Metode ini mengubah energi regeneratif menjadi daya AC pada frekuensi dan fase yang sama untuk diumpankan kembali ke jaringan. Dengan menggunakan teknologi inversi aktif, ini memungkinkan daur ulang energi, meningkatkan efisiensi sistem, dan mendukung operasi empat kuadran. Namun, ini memerlukan tegangan jaringan yang stabil (dengan fluktuasi tidak melebihi 15%); jika tidak, kegagalan komutasi dapat dengan mudah terjadi. Ada juga risiko polusi harmonik, dan kompleksitas kontrol serta biaya relatif tinggi. Ini cocok untuk aplikasi yang memerlukan pengereman yang sering dan memiliki pasokan jaringan yang stabil, seperti beban energi potensial pada derek dan lift.

Pertanyaan Produk atau Solusi

Pengereman Dinamis Pengereman Regeneratif

Pengereman Dinamis

Metode yang digunakan dalam pengereman dinamis adalah dengan menambahkan resistor pembuangan pada sisi DC dari VFD untuk membuang energi regeneratif melalui resistor daya, sehingga mencapai pengereman (seperti yang ditunjukkan pada gambar).
Ini adalah cara paling langsung untuk menangani energi regeneratif, di mana energi tersebut dibuang sebagai panas melalui sirkuit pengereman dinamis khusus di dalam resistor.
Oleh karena itu, metode ini juga disebut sebagai “pengereman resistor” dan terdiri dari dua komponen: unit pengereman dan resistor pengereman.

1. Prinsip Pengereman

1. Unit Pengereman

Fungsi unit pengereman adalah untuk mengaktifkan sirkuit pembuangan energi ketika tegangan bus DC (U_d) melebihi ambang batas yang telah ditentukan (yaitu tegangan pemotongan) sehingga sirkuit DC dapat melepaskan energi dalam bentuk panas melalui resistor pengereman.
Unit pengereman dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis: built-in (terpasang di dalam) dan eksternal.
Jenis pertama cocok untuk VFD daya rendah serba guna, sedangkan jenis kedua digunakan untuk VFD daya tinggi atau kondisi operasi dengan persyaratan pengereman khusus.
Secara prinsip, keduanya tidak ada perbedaan; keduanya berfungsi sebagai “saklar” untuk menghubungkan resistor pengereman, yang terdiri dari transistor daya, sirkuit sampling dan perbandingan tegangan, serta sirkuit penggerak.

1.2. Resistor Pengereman

Resistor pengereman adalah komponen yang digunakan untuk membuang energi regeneratif motor dalam bentuk panas.
Resistor ini memiliki dua parameter utama: nilai resistansi dan kapasitas daya.
Berdasarkan berbagai aplikasi, perusahaan kami telah mengembangkan berbagai jenis resistor pengereman dengan karakteristik unggul yang berbeda-beda.
Silakan lihat tabel perbandingan resistor pengereman untuk informasi lebih lanjut.

2. Proses Pengereman

Proses pengereman dinamis adalah sebagai berikut:

2.1. Ketika motor melambat atau berbalik arah di bawah gaya eksternal (termasuk ketika didorong oleh beban), motor beroperasi dalam keadaan pembangkitan, mengembalikan energi ke bus DC dan menyebabkan tegangan bus naik.

2.2. Ketika tegangan bus DC mencapai tegangan pemotongan unit pengereman, transistor daya dalam unit pengereman diaktifkan, sehingga arus mengalir melalui resistor pengereman.

2.3. Resistor pengereman membuang energi listrik sebagai panas, mengurangi kecepatan motor dan akibatnya menurunkan tegangan bus DC.

2.4. Ketika tegangan bus DC turun ke nilai pemutusan unit pengereman, transistor daya dalam unit pengereman mati, menghentikan aliran arus melalui resistor pengereman.

2.5. Tegangan bus DC dipantau secara terus-menerus, dan unit pengereman mengulangi proses ON/OFF ini untuk mengatur tegangan bus, memastikan sistem beroperasi secara normal.

3. Karakteristik Pengereman

Keunggulan pengereman dinamis (pengereman resistor) adalah strukturnya yang sederhana, biaya rendah, torsi pengereman tinggi, dan tidak mencemari jaringan listrik.
Namun, metode ini tidak dapat memulihkan energi regeneratif, yang mengakibatkan pemborosan energi regeneratif yang signifikan selama pengereman yang sering terjadi dan memerlukan peningkatan kapasitas resistor pengereman.

4. Pemilihan unit pengereman dan resistor pengereman

4.1. Pertama, perkirakan torsi pengereman.

Umumnya, selama pengereman motor, terdapat sejumlah kerugian internal di dalam motor, sekitar 18% hingga 22% dari torsi terukur.
Oleh karena itu, jika hasil perhitungan berada di bawah rentang ini, tidak perlu menghubungkan perangkat pengereman.

4.2. Selanjutnya, hitung nilai resistansi resistor pengereman.

Selama pengoperasian unit pengereman, fluktuasi tegangan bus DC bergantung pada konstanta RC, di mana R adalah nilai resistansi resistor pengereman dan C adalah kapasitansi kapasitor elektrolitik di dalam VFD.
Di sini, tegangan operasi unit pengereman biasanya diatur ke 710V.

4.3. Kemudian, dalam memilih unit pengereman, kriteria tunggalnya adalah arus operasi maksimum unit pengereman, dan rumus perhitungannya adalah sebagai berikut:

4.4. Terakhir, hitung daya pengenal resistor pengereman.

Karena resistor pengereman beroperasi pada siklus kerja jangka pendek, berdasarkan karakteristik dan spesifikasi teknisnya, kita mengetahui bahwa daya nominal resistor akan lebih kecil daripada daya yang dikonsumsi saat dialiri arus.
Secara umum, ini dapat dihitung menggunakan rumus berikut:
Daya nominal resistor pengereman = Faktor derating resistor pengereman × Daya rata-rata yang dikonsumsi selama pengereman × Tingkat pemanfaatan pengereman (%).

Tabel perbandingan untuk berbagai seri Unit Pengereman.

Karakteristik Utama	LN Series 220V	LN Series 400V	GN Series
Daya Pengenal Inverter (Pr)	7.5KW hingga 90KW	7.5KW hingga 132KW	37KW hingga 450KW
Arus pengereman maksimum (I)	50A hingga 200A	40A hingga 200A	75A hingga 450A
Daya pengereman berulang (Pm)	Berdasarkan Pr dan ED/siklus kerja(%)	Berdasarkan Pr dan ED/siklus kerja(%)	Berdasarkan Pr dan ED/siklus kerja(%)
Waktu siklus (hingga 600s sesuai permintaan)	120s standar	120s standar	120s standar
ED / Siklus kerja (lebih tinggi dari 40% sesuai permintaan)	hingga 20%	hingga 20%	hingga 40%
Tegangan sistem jaringan listrik (U) @50/60Hz	220/240V±10%	380/415V±10%	380/415V±10% 480/500V±10% 660/690V±10%
Tegangan pemotongan default (Dapat disesuaikan)	DC 320V±5V	DC 660V±5V	DC 660V±5V / DC 830V±5V / DC 1150V±5V
Tegangan dielektrik	3,000VAC selama 1 menit	3,000VAC selama 1 menit	3,000VAC selama 1 menit
Resistansi isolasi	>20MΩ / badan	>20MΩ / badan	>20MΩ / badan

5. Tabel perbandingan untuk berbagai seri Resistor Pengereman

Jenis resistor	Nomor seri	Rentang daya (W)	Resistansi	Material kabinet	IP	Dengan kipas	Fitur	Skenario
Resistor lilitan kawat	RXG20	50–15,000	Disesuaikan	Tidak ada	IP00	Tidak ada	Tingkat IP rendah, biaya murah, pembuangan panas baik	Elevator, derek, konverter frekuensi
Resistor rumah aluminium	RXLG	20–11,000	Disesuaikan	Tidak ada	IP21/IP65	Tidak ada	Tingkat IP tinggi, struktur ringkas, tidak cocok untuk operasi berkepanjangan	Elevator, derek, konverter frekuensi, mesin cetak injeksi, mesin CNC, robot industri, mobil listrik, skuter
Resistor rumah aluminium ringkas	RXLG				IP21/IP65	Tidak ada	Struktur ringkas, arus tinggi, resistansi rendah	Skuter listrik
Resistor pendingin panas	RAD				IP21		Arus tinggi, resistansi rendah, pendingin panas aluminium, modular, beberapa unit dapat digabung menjadi beban ringkas	Beban ringkas untuk aplikasi pengereman di mana ruang terbatas

Jenis kabinet resistor	Nomor seri	Rentang daya (KW)	Jenis resistor	Material kabinet	IP	Dengan kipas	Fitur	Skenario
Resistor rumah aluminium multi-unit	ARXU	15-50	Resistor rumah aluminium	Lembaran baja canai dingin	IP21/IP54	Kipas kecil	Tingkat IP tinggi, kotak sambungan tahan air	Elevator, derek, konverter frekuensi
Kabinet stainless steel jala STL	STL	6-250	Resistor stainless steel jala	304/316	IP54	Tidak untuk 6-10KW, Ya untuk 12-200KW	Tahan air dan tahan semprotan garam	Aplikasi luar ruangan berat seperti derek pelabuhan dan derek menara, memerlukan tingkat perlindungan tinggi dan kompatibel dengan berbagai merek konverter frekuensi
Kabinet stainless steel jala STC	STC	6-250	Resistor stainless steel jala	Lembaran baja galvanis	IP54	Tidak untuk 6-10KW, Ya untuk 12-200KW	Memiliki kemampuan tahan air sebagian, tetapi tidak tahan semprotan garam	Penggunaan dalam dan luar ruangan beban berat jangka panjang, kompatibel dengan berbagai merek konverter frekuensi
Kabinet resistor keramik	DBR	9-100	Resistor lilitan kawat	Lembaran baja galvanis	IP54	Tidak ada	Struktur ringkas, arus tinggi, resistansi rendah, kapasitas beban lebih kuat, tidak memerlukan kipas, keandalan dan tingkat perlindungan tinggi	Beban berat dalam dan luar ruangan, kompatibel dengan berbagai merek konverter frekuensi. Lilitan rumit dan efisiensi rendah tidak disarankan
Kotak resistor tipe bilah	DBR	1-200	Resistor tipe bilah	Lembaran baja galvanis	IP00	Tidak ada / Ya jika diperlukan	Struktur ringkas, arus tinggi, resistansi rendah, kapasitas beban lebih kuat, tidak memerlukan kipas, siklus hidup panjang	Operasi beban berat dalam ruangan, tidak mendukung resistansi tinggi
Kotak stainless steel jala STB	STB	1-27	Resistor stainless steel jala	Lembaran baja canai dingin	IP00	Tidak ada	Tingkat perlindungan rendah, pembuangan panas baik	Penggunaan dalam ruangan beban berat jangka panjang, kompatibel dengan berbagai merek konverter frekuensi
Kotak resistor keramik	BRB	2-36	Resistor lilitan kawat	Lembaran baja canai dingin	IP00	Tidak untuk di bawah 20KW, Ya untuk 20-36KW	Tingkat perlindungan rendah, ketahanan guncangan buruk, pembuangan panas baik	Penggunaan dalam ruangan beban berat jangka panjang, kompatibel dengan berbagai merek konverter frekuensi
Kotak resistor stainless steel khusus elevator	EVR	3-9	Resistor stainless steel jala	Lembaran baja galvanis	IP00	Tidak ada	Struktur ringkas, pembuangan panas baik, tahan air sebagian, kotak sambungan tahan air	Khusus elevator

.subsolution-0 h4

Pengereman Regeneratif

Pengereman regeneratif, juga dikenal sebagai pengereman umpan balik regeneratif, beroperasi dengan memanfaatkan teknologi inversi aktif untuk mengubah energi regeneratif yang dihasilkan selama perlambatan/penghentian motor menjadi daya AC yang sesuai dengan frekuensi, fase, dan tegangan jaringan. Energi ini kemudian langsung diumpankan kembali ke jaringan, memungkinkan daur ulang energi dan pada dasarnya menyelesaikan masalah “pemompaan tegangan” bus DC sambil mencapai penghematan energi. Sebagai solusi pengereman kelas atas dalam sistem penggerak frekuensi variabel (VFD), ini mendukung operasi motor empat kuadran dan sangat cocok untuk aplikasi industri yang melibatkan beban energi potensial atau pengereman yang sering.

Komponen Inti

Sistem pengereman regeneratif terutama terdiri dari empat bagian: unit regeneratif (inverter aktif), sirkuit filter, sirkuit deteksi dan kontrol, dan sirkuit proteksi. Beberapa produk terintegrasi mengintegrasikan modul inti ke dalam kabinet pengereman regeneratif, cocok untuk skenario konverter frekuensi daya tinggi.

Unit Regeneratif

Intinya adalah jembatan inverter daya tinggi (terdiri dari perangkat daya seperti IGBT), yang merupakan kunci untuk mengubah daya DC menjadi daya AC. Ini secara tepat mengontrol frekuensi, fase, dan amplitudo tegangan yang diinversikan agar sesuai dengan parameter jaringan.

Sirkuit Filter

Mencakup komponen seperti reaktor dan kapasitor, digunakan untuk menekan harmonik yang dihasilkan selama proses inversi, mengurangi polusi harmonik ke jaringan, dan menstabilkan arus umpan balik.

Sirkuit Deteksi dan Kontrol

Deteksi waktu nyata dari tegangan jaringan, frekuensi, fase, dan tegangan bus DC inverter. Algoritma kontrol loop tertutup menyesuaikan keadaan operasi jembatan inverter untuk memastikan sinkronisasi dan stabilitas umpan balik daya.

Sirkuit Proteksi

Memiliki fungsi proteksi seperti tegangan lebih, arus lebih, kehilangan fase, kesalahan fase, dan fluktuasi jaringan yang melampaui batas. Ketika fluktuasi tegangan jaringan melebihi 15% atau terjadi kesalahan, ia segera memutus sirkuit umpan balik untuk mencegah kegagalan komutasi, kerusakan perangkat, dan penyebaran kesalahan jaringan.

1. Prinsip Kerja

1.1. Ketika motor melambat, berhenti, atau melepaskan energi potensial (misalnya, derek menurunkan beban, lift turun), ia mempertahankan kecepatan tinggi karena inersia mekanis. Kecepatan sinkron lebih rendah dari kecepatan rotor, dan motor memasuki keadaan generator. Energi listrik yang diregenerasi diperbaiki oleh dioda freewheeling dan diumpankan kembali ke bus DC konverter frekuensi, menyebabkan tegangan bus Ud naik.

1.2. Ketika tegangan bus DC mencapai ambang start unit regeneratif, sirkuit deteksi menangkap sinyal tegangan, frekuensi, dan fase jaringan listrik secara waktu nyata, dan sirkuit kontrol menggerakkan jembatan inverter unit regeneratif untuk bekerja.

1.3. Jembatan inverter mengubah energi listrik regeneratif pada bus DC menjadi daya AC tiga fase dengan frekuensi, fase, dan amplitudo yang sama dengan jaringan listrik. Setelah sirkuit filter menyaring harmonik, energi listrik diumpankan kembali ke jaringan listrik, mencapai pemulihan energi.

1.4. Ketika tegangan bus DC turun ke ambang stop unit regeneratif, jembatan inverter berhenti bekerja, dan proses umpan balik terputus. Jika tegangan bus naik lagi, proses di atas diulang, selalu menstabilkan tegangan bus DC dalam kisaran yang aman.

2. Proses Pengereman

2.1. Pembangkitan Energi: Motor beroperasi dalam keadaan pengereman regeneratif, mengumpankan energi regeneratif kembali ke sirkuit DC VFD, menyebabkan tegangan bus DC terus meningkat.

2.2. Pemicu Ambang: Ketika tegangan bus mencapai tegangan awal yang telah ditentukan dari unit umpan balik, sirkuit deteksi memulai pengambilan sampel parameter jaringan secara waktu nyata, dan sirkuit kontrol memasuki keadaan kerja.

2.3. Inversi Aktif: Jembatan inverter mengubah daya DC menjadi daya AC yang sesuai dengan standar jaringan berdasarkan sinyal sampling jaringan, dan setelah penyaringan, diumpankan kembali ke jaringan.

2.4. Stabilisasi Tegangan: Saat energi regeneratif terus diumpankan kembali, tegangan bus DC secara bertahap menurun. Ketika turun ke ambang stop, unit regeneratif menghentikan inversi.

2.5. Pemantauan Siklik: Sistem terus memantau tegangan bus. Jika mencapai ambang start lagi, proses inversi dan umpan balik berulang, secara dinamis menyeimbangkan tegangan bus untuk memastikan operasi aman sistem VFD dan motor.

3. Fitur Pengereman

3.1. Pemulihan Energi, Efisiensi Tinggi dan Hemat Energi: Energi listrik yang diregenerasi langsung diumpankan kembali ke jaringan dan dapat digunakan kembali. Dibandingkan dengan pengereman dinamis, tidak ada pemborosan energi. Dalam skenario dengan pengereman yang sering dan beban inersia/energi potensial besar, efek penghematan energi signifikan (tingkat penghematan energi meningkat dengan frekuensi pengereman);

3.2. Tidak Ada Kehilangan Panas, Mengurangi Beban Termal Peralatan: Karena tidak ada resistor yang digunakan untuk disipasi energi, pembangkitan panas yang substansial dihindari. Ini menghilangkan kebutuhan akan peralatan pendingin tambahan, meningkatkan lingkungan operasi peralatan, dan mengurangi biaya pendinginan.

3.3. Torsi Pengereman Stabil, Mendukung Operasi Empat Kuadran: Output torsi stabil selama pengereman, memungkinkan operasi empat kuadran (rotasi maju motor, rotasi mundur, motoring, dan pengereman). Cocok untuk derek, lift, hoist tambang, dan beban lain yang memerlukan rotasi maju dan mundur yang sering serta pengangkatan energi potensial;

3.4. Biaya Operasi Jangka Panjang Rendah: Meskipun investasi awal lebih tinggi, manfaat penghematan energi mengimbangi biaya peralatan selama siklus hidup penuh. Selain itu, tidak perlu mengganti resistor pengereman, menghasilkan biaya perawatan yang lebih rendah.

4. Pemilihan dan Tindakan Pencegahan Penggunaan

4.1. Dasar Pemilihan Inti

Parameter Jaringan: Konfirmasi tingkat tegangan jaringan, jumlah fase, dan rentang fluktuasi tegangan untuk memastikan kepatuhan terhadap persyaratan stabilitas ±15%;

Daya Regeneratif: Hitung daya puncak dan rata-rata energi yang diregenerasi berdasarkan daya terukur motor, frekuensi pengereman, dan waktu perlambatan, dan pilih unit regeneratif dengan daya yang sesuai;

Karakteristik Beban: Untuk beban energi potensial, pertimbangkan daya regeneratif yang sesuai dengan kecepatan pelepasan maksimum, dengan cadangan margin daya 1,2 hingga 1,5 kali;

Persyaratan Mitigasi Harmonik: Pilih reaktor dan filter yang sesuai sesuai dengan standar harmonik sisi jaringan untuk memastikan emisi harmonik memenuhi persyaratan jaringan industri.

4.2. Tindakan Pencegahan Penggunaan

4.2.1. Selama pemasangan, konfigurasikan pemutus sirkuit isolasi antara unit regeneratif dan jaringan untuk pemeliharaan kesalahan. Pastikan kabel ke bus DC VFD memiliki ukuran kabel yang cukup untuk meminimalkan kerugian saluran.

4.2.2. Periksa secara berkala komponen daya dan elemen deteksi unit regeneratif, ganti bagian yang menua segera untuk mencegah kegagalan perangkat menyebabkan kesalahan jaringan.

4.2.3. Jika ada fluktuasi jaringan listrik, penstabil tegangan jaringan listrik tambahan dapat dikonfigurasi untuk meningkatkan kemampuan adaptasi sistem.

4.2.4. Sistem pengereman regeneratif memerlukan pembumian terpisah, independen dari sistem pembumian inverter, untuk mencegah interferensi.

5. Skenario yang Berlaku

Pengereman regeneratif cocok untuk skenario industri dengan jaringan listrik yang stabil, pengereman/pembalikan yang sering, dan persyaratan penghematan energi yang tinggi. Ini terutama kompatibel dengan beban energi potensial dan beban inersia tinggi, secara khusus meliputi:

5.1. Peralatan pengangkat: lift, eskalator, derek, tower crane, hoist tambang, chain hoist, platform pengangkat hidrolik;

5.2. Peralatan transmisi inersia tinggi: sentrifugal besar, pabrik penggilingan, unit pompa ladang minyak, portal crane pelabuhan;

5.3. Peralatan maju/mundur yang sering: spindel mesin perkakas, peralatan konveyor metalurgi, konveyor scraper pertambangan.

Skenario yang Tidak Sesuai: Kondisi operasi dengan fluktuasi tegangan jaringan yang signifikan atau polusi harmonik yang parah; beban umum yang sensitif terhadap biaya dan dengan frekuensi pengereman rendah (misalnya, kipas kecil, pompa, ban berjalan standar); sistem VFD mandiri tanpa kemampuan umpan balik jaringan.

.subsolution-1 h4

Produk Terkait

Kami telah menerapkan banyak produk dalam solusi "Pengereman Regeneratif"