Rezystor hamujący. Czym jest i jak działa?
Rezystor hamujący to specjalny opornik dużej mocy, zaprojektowany do krótkotrwałego odprowadzania znacznych ilości energii, które tworzą się przy hamowaniu silnika. Zwykłe rezystory nie byłyby w stanie wytrzymać takiego obciążenia, dlatego stosuje się specjalne wersje przystosowane do wysokich temperatur i impulsowych obciążeń. Rezystor hamujący montowany jest w metalowej obudowie, często z żebrowaniem ułatwiającym odprowadzanie ciepła. Dzięki temu może pracować w trudnych warunkach przemysłowych.
W falownikach, takich jak popularny Siemens G120C, rezystor hamujący jest niezbędny przy aplikacjach wymagających częstych zatrzymań lub precyzyjnej kontroli prędkości. Bez niego energia zwrotna mogłaby doprowadzić do uszkodzenia układu sterującego falownika.
Dlaczego podłączamy rezystor hamujący do falownika?
Podczas pracy napędu, energia przepływa od źródła zasilania silnika (falownika) do silnika. Jednak w momencie hamowania silnik działa jak prądnica, oddając energię do falownika. Jeśli nie ma on możliwości oddania tej energii do sieci, napięcie w jego obwodzie DC (prądu stałego) zaczyna rosnąć. To zjawisko jest bardzo niebezpieczne i może uszkodzić jego wewnętrzną elektronikę mocy.
Rezystor hamujący rozwiązuje ten problem – energia zamiast powodować przegrzanie falownika, kierowana jest do rezystora, gdzie ulega zamianie w ciepło. Dzięki temu układ działa stabilnie i bezpiecznie. W wielu dokumentacjach technicznych, np. Siemensa, znajdziemy wyraźną informację, że przy aplikacjach o dużej dynamice rezystor hamujący jest wręcz obowiązkowy.
Jak działa proces hamowania odzyskowego?
Podczas pracy w trybie napędowym falownik dostarcza energię z sieci do silnika, który zamienia ją na ruch obrotowy. W momencie hamowania sytuacja się odwraca – silnik zachowuje się jak prądnica i zaczyna oddawać energię elektryczną z powrotem do falownika. Mówimy wtedy o tzw. hamowaniu odzyskowym. Energia ta trafia do obwodu pośredniego falownika, czyli do kondensatorów w szynie DC. Jeśli jej ilość jest zbyt duża i kondensatory nie są w stanie jej przyjąć, napięcie w obwodzie DC niebezpiecznie rośnie. Właśnie tutaj do gry wchodzi rezystor hamujący, który przejmuje nadwyżkę energii i zamienia ją na ciepło. Dzięki temu falownik nie ulega przeciążeniu, a proces hamowania odbywa się w sposób kontrolowany i bezpieczny.
Szyna DC w falowniku – dlaczego jest tak ważna?
Falownik składa się z trzech głównych części: prostownika, obwodu pośredniego (szyny DC) oraz falownika właściwego, który zasila silnik. Szyna DC to serce układu, ponieważ gromadzi energię w kondensatorach i umożliwia jej szybkie przekazywanie w obie strony. W normalnych warunkach napięcie w tym obwodzie utrzymuje się na stabilnym poziomie. Jednak przy hamowaniu silnika napięcie zaczyna gwałtownie rosnąć. Gdyby nie układ hamowania z rezystorem hamującym, mogłoby dojść do uszkodzenia tranzystorów mocy IGBT lub kondensatorów. Dlatego falowniki, takie jak Siemens G120C, mają wbudowany tranzystor hamujący, który w odpowiednim momencie otwiera obwód i kieruje energię na zewnętrzny rezystor hamujący. Przejmuje on w takim wypadku całą energię związaną z hamowaniem i przekształca w ciepło. To rozwiązanie sprawia, że cała konstrukcja jest odporna na przeciążenia dynamiczne i może pracować nawet w bardzo wymagających aplikacjach przemysłowych.
Przykład: falownik Siemens G120C
(Falownik G120C firmy SIEMENS)
Falownik Siemens G120C to popularne rozwiązanie stosowane w przemyśle. Jego modułowa konstrukcja pozwala na elastyczne podłączanie dodatkowych akcesoriów, w tym rezystora hamującego. W dokumentacji producenta znajdziemy dokładne dane dotyczące parametrów rezystora, jakie należy zastosować.
Na przykład:
- falownik monitoruje napięcie w obwodzie pośrednim DC,
- po przekroczeniu ustalonego progu, energia przekierowywana jest na rezystor hamujący,
- proces ten jest w pełni automatyczny i kontrolowany przez elektronikę falownika.
Dzięki temu użytkownik nie musi martwić się o ręczne sterowanie procesem hamowania. Rezystor hamujący współpracuje z falownikiem, aby zapewnić płynność pracy całego układu napędowego.
Podłączenie rezystora hamującego
Podłączenie rezystora hamującego odbywa się do specjalnych zacisków falownika, oznaczonych jako R1 i R2 lub podobnie, w zależności od producenta. To właśnie tam trafia energia odzyskana podczas hamowania.
Kilka podstawowych zasad:
- Należy stosować rezystor o parametrach zgodnych z dokumentacją falownika.
- Rezystor powinien być zamontowany w miejscu dobrze wentylowanym, z dala od elementów wrażliwych na wysoką temperaturę.
- Przewody łączące rezystor z falownikiem powinny być jak najkrótsze, aby zminimalizować indukcyjność i spadki napięć.
W praktyce instalacja sprowadza się do zamocowania rezystora w klimatyzowanej szafie sterowniczej lub na zewnątrz oraz podłączenia go do odpowiednich zacisków.
(Wycinek z instrukcji falownika G120C Siemens pokazujący podłączenie rezystora hamującego do falownika: rezystor podłączony jest do zacisków R1 i R2)
Jak dobrać odpowiedni rezystor hamujący?
Dobór rezystora hamującego zależy od kilku parametrów:
- mocy silnika,
- częstotliwości hamowania,
- masy i bezwładności napędu,
- dopuszczalnej temperatury rezystora.
W praktyce producenci falowników, w tym Siemens, podają gotowe tabele, które ułatwiają wybór właściwego modelu. W nich obok konkretnych modeli falowników, znajdują się przypisane konkretne modele rezystorów hamujących. Muszą one być w stanie, rozproszyć energię, jaka powstaje w aplikacji. Jeśli będą zbyt słabe, mogą się przegrzać i ulec uszkodzeniu. Jeśli będą przewymiarowane – koszt inwestycji wzrośnie niepotrzebnie. Dlatego przy doborze należy w pierwszej kolejności zajrzeć do instrukcji obsługi danego modelu falownika, gdyż tam może być informacja o tym jaki rezystor hamowania należy kupić.
(Wycinek z instrukcji falownika G120C Siemens: producent narzuca konkretne modele rezystorów hamowania do konkretnych falowników, bazując na swoich testach i doświadczeniach. Dzięki temu dobór odpowiedniego rezystora jest ułatwiony. Należy pamiętać o przeczytaniu instrukcji falownika)
Rezystor hamujący - zastosowanie w praktyce przemysłowej.
Rezystor hamujący stosowany jest w wielu branżach, gdzie hamowanie jest częste lub należy zahamować dużą masą bezwładności bardzo szybko:
- w suwnicach i dźwigach, gdzie częste hamowanie jest koniecznością,
- w maszynach pakujących, gdzie zatrzymanie musi być szybkie i precyzyjne,
- w przenośnikach taśmowych, które wymagają kontrolowanego zatrzymania,
- w systemach wentylacyjnych i pompach, gdzie energia powrotna może pojawić się przy nagłym wyłączeniu obciążenia.
W każdej z tych aplikacji falownik wraz z rezystorem hamującym zapewnia bezpieczną, ekonomiczną i długotrwałą pracę układu napędowego.
Rezystor hamujący: Podsumowanie
(Przykładowy model: Rezystor hamowania Siemens SINAMICS – 6SL3201-0BE23-8AA0, o rezystancji 30 Ohm i mocy 925W)
Rezystor hamujący to kluczowy element współpracujący z falownikami. Jego zadaniem jest bezpieczne rozpraszanie energii odzyskanej podczas hamowania silnika, co chroni układ przed przeciążeniem i uszkodzeniem. Przykłady takie jak Siemens G120C pokazują, że producenci falowników projektują swoje urządzenia z myślą o łatwej integracji z rezystorem hamującym.
Prawidłowe podłączenie i dobór rezystora hamującego zapewnia stabilność pracy całego układu napędowego, zwiększa jego żywotność i umożliwia realizację nawet najbardziej wymagających procesów przemysłowych. Dlatego w każdej aplikacji, w której występują częste lub gwałtowne zatrzymania, stosowanie rezystora hamującego jest nie tylko zalecane, ale wręcz niezbędne.
Chcesz podnieść swoje umiejętności?
Zapoznaj się z naszą ofertą:
- Szkolenia Online z Automatyki Przemysłowej,
- Szkolenia Stacjonarne z Automatyki Przemysłowej,
- Szkolenia Indywidualne lub Korepetycje dla uczniów z Elektrotechniki i Automatyki Przemysłowej.
STREFA INŻYNIERII – TWOJE CENTRUM WIEDZY!
