Mật độ năng lượng ngày càng tăng của máy móc công nghiệp làm tăng nguy cơ vấp ngã giả, quá nhiệt và hỏng hóc nghiêm trọng, có thể dẫn đến việc ngừng hoạt động toàn bộ dây chuyền sản xuất. Để giảm thiểu những rủi ro này đồng thời đáp ứng yêu cầu về hiệu quả, các nhà thiết kế cần điện trở có thể xử lý nhiều vấn đề khác nhau. Một số điện trở phải có khả năng hạn chế sự cố đột biến hoặc sự cố, một số phải có khả năng tiêu tán năng lượng tái tạo và một số khác cần cung cấp khả năng tản nhiệt đáng tin cậy trong một vỏ bọc nhỏ gọn.
Nói tóm lại, việc lựa chọn điện trở phù hợp đã trở thành một bước quan trọng trong việc thiết kế hệ thống truyền động động cơ công nghiệp đáng tin cậy.
Bài viết này tập trung vào những thách thức mà các nhà thiết kế máy móc công nghiệp phải đối mặt và những lợi thế của công nghệ điện trở tương ứng, tiếp theo là các điện trở đại diện trong dòng sản phẩm mở rộng của Ohmate mà các nhà thiết kế có thể sử dụng để giải quyết các tình huống phanh thông thường và bảo vệ nhất thời.
Hấp thụ năng lượng xung để hạn chế dòng điện đột biến và bảo vệ đột biến
Bộ truyền động động cơ công nghiệp thường để điện trở tiếp xúc với các sự kiện năng lượng cao nhất thời. Một ví dụ điển hình là giai đoạn nạp trước của VFD. Khi pha này được cấp điện, tụ điện bus DC sẽ ở trạng thái gần như ngắn mạch với nguồn điện, tạo ra dòng điện khởi động mạnh nhất. Nếu không có điện trở giới hạn dòng điện trong mạch nạp trước, đột biến này có thể ngắt bảo vệ ngược dòng hoặc làm hỏng IGBT của ổ đĩa.
Nhu cầu xung năng lượng cao tương tự xảy ra ở mức hấp thụ năng lượng khi có sự cố, mạch xà beng và mức bảo vệ nguồn điện. Trong tất cả các trường hợp này, điện trở phải hấp thụ các xung năng lượng ngắn nhưng lớn mà không bị suy giảm cơ học và có thể lặp lại quá trình này qua một số chu kỳ vận hành.
Điện trở tổng hợp gốm dòng PulsA của Ohmate được thiết kế đặc biệt cho mục đích này. Cấu trúc gốm khối không cảm ứng của nó cho phép năng lượng được phân bổ đều trên cơ thể, giảm nguy cơ mỏi chì có thể gây hư hỏng cho điện trở vết thương thông thường. Cấu trúc không cảm ứng này cũng giúp giảm các xung điện áp giả trong quá trình chuyển đổi dòng điện nhanh, rất hữu ích trong các mạch bảo vệ nơi cạnh chuyển mạch có thể dốc.
Dòng A bao gồm các giá trị điện trở từ 1,0 Ohm đến 15 k Ohm, định mức công suất liên tục từ 2,0 W đến 5,5 W, định mức điện áp xung từ 1000 V đến 2500 V và công suất năng lượng xung đơn từ 250 J đến 2800 J. Phạm vi này cho phép các nhà thiết kế lựa chọn và khớp các đặc tính năng lượng và điện áp bus của một mạch bảo vệ cụ thể.
Ví dụ: 3,3 Ω AY33GKE (Hình 1) giới hạn dòng xung cực đại trên bus 600 VDC thông thường ở khoảng 180 A (I=V/R), tùy thuộc vào trở kháng và điện dung của hệ thống. Dòng điện này đủ cao để sạc nhanh dàn tụ điện và đủ thấp để bảo vệ công tắc tơ phía nguồn và IGBT. Định mức điện áp xung 2000 V cung cấp biên độ cao hơn nhiều so với điện áp bus công nghiệp tiêu chuẩn, trong khi định mức năng lượng xung đơn 1400 J cung cấp biên độ đủ cho các chu kỳ sạc thông thường.
Hình ảnh điện trở Ohmite Ay33GKE
Hình 1: Điện trở AY33GKE sử dụng cấu trúc thân gốm để hấp thụ năng lượng đơn xung lên tới 1400 J. Nguồn ảnh: Ohmite)
Cần lưu ý rằng mức công suất liên tục của AY33GKE chỉ là 4,5 W, nhưng mức này là đủ cho ứng dụng nhất thời mục tiêu. Ví dụ: sau khi hoàn thành chu trình nạp trước VFD, điện trở sẽ được bỏ qua và không cần tiêu tán năng lượng.
Phanh động có độ tự cảm thấp trong vỏ truyền động nhỏ gọn
Khi VFD giảm tốc độ động cơ, động cơ hoạt động như một máy phát và cung cấp năng lượng tái tạo trở lại bus DC. Mạch chopper chuyển năng lượng này sang điện trở hãm ở dòng điện đóng và cắt tần số cao. Nếu điện trở hãm có độ tự cảm ký sinh đáng kể, những chuyển đổi dòng điện nhanh này sẽ tạo ra các xung điện áp có thể làm hỏng IGBT chopper. Đồng thời, các tủ điều khiển hiện đại ngày càng nhỏ hơn, để lại ngày càng ít không gian vật lý cho hộp kháng làm mát đối lưu cồng kềnh.
Điện trở phẳng màng dày dòng TAP800 giải quyết hai vấn đề này. Các phần tử điện trở của nó được chế tạo trên nền gốm có hàm lượng nhôm cao và lớp mạ kim loại ở đáy cho phép truyền nhiệt hiệu quả. Cấu hình phẳng truyền nhiệt trực tiếp đến khung hoặc tới tấm lạnh, cho phép phanh động công suất cao trong các thùng không thể lắp đặt điện trở làm mát đối lưu thông thường. Cấu hình phẳng này cũng giảm thiểu điện cảm và điện dung ký sinh, mang lại hiệu suất ổn định khi chịu tải xung tần số cao.
Dòng TAP800 có phạm vi điện trở từ 1 Ω đến 10 k Ω với mức công suất liên tục là 800 W cho tất cả các kiểu máy có khả năng tản nhiệt thích hợp.
Một ví dụ điển hình là TAP800K390E (Hình 2). Nó có giá trị điện trở là 390 Ω và mức tiêu tán công suất liên tục là 800 W khi được gắn trên bộ tản nhiệt làm mát bằng chất lỏng hoặc không khí. Thông số kỹ thuật quan trọng của phanh động là độ tự cảm 80 NH, đảm bảo rằng các công tắc IGBT tốc độ cao không gây ra hiện tượng quá độ điện áp đánh thủng ở cả hai đầu của mạch ngắt.
Hình ảnh Điện trở phẳng màng dày Ohmate TAP800K390E
Hình 2: TAP800K390E là điện trở phẳng dạng màng dày được thiết kế để làm mát dẫn điện. Nguồn ảnh: Ohmite)
TAP800K390E cũng cung cấp khả năng cách ly điện mạnh mẽ giữa bus DC trực tiếp và bề mặt lắp đặt nối đất. Điện áp hoạt động tối đa là 5000 VDC và giá trị định mức của phóng điện cục bộ là 4 kVRMS trong điều kiện phóng điện cục bộ nhỏ hơn 10 Picocoulometer (pC), do đó có thể đạt được độ tin cậy lâu dài. Các thông số kỹ thuật này đảm bảo rằng lớp cách điện có thể chịu được các ứng suất điện áp cao lặp đi lặp lại và chuyển mạch quá độ điển hình của các bộ truyền động công nghiệp hiện đại mà không bị suy giảm theo thời gian.
Phanh động lực nặng cho tải quán tính cao
Một số ứng dụng truyền động động cơ ít chú trọng đến việc đóng gói nhỏ gọn hơn là xử lý năng lượng thuần túy. Ví dụ, cần cẩu công nghiệp, máy ly tâm và băng tải đổ dốc hạng nặng, việc giảm tải trong các ứng dụng này buộc động cơ hoạt động như một máy phát cung cấp lượng lớn động năng cho bộ truyền động. Trong những trường hợp này, điện trở phanh phải có khả năng chịu được các xung điện mạnh và làm mát nhanh chóng giữa các chu kỳ để tránh tích tụ nhiệt.
Điện trở dòng Corrib 280 của Ohmiti được thiết kế cho dòng điện cao, điện trở thấp này. Dòng sản phẩm này được tạo thành bằng cách quấn các dây điện trở dạng sóng xung quanh lõi gốm hình ống rồi nung chảy và cố định chúng bằng lớp phủ men thủy tinh. Cấu trúc này có một số chức năng: dây điện trở dạng sóng làm tăng diện tích bề mặt và tăng tốc độ tản nhiệt; Lõi gốm và lớp phủ men cải thiện độ bền cơ học đồng thời thúc đẩy quá trình truyền nhiệt hiệu quả; Lõi rỗng cho phép không khí lưu thông qua thân điện trở để làm mát thụ động.
Định mức công suất liên tục của dòng Corrib280 dao động từ 35 watt đến 1500 watt và giá trị điện trở của mẫu 300 watt thấp tới 0,10 Ω. Điều này mang lại cho người thiết kế sự linh hoạt đáng kể để kết hợp các điện trở với điện áp bus cụ thể, dòng điện hãm và các hạn chế về không gian vật lý.
Một ví dụ tiêu biểu là C300KR50E (Hình 3). Nó có giá trị điện trở là 0,5 Ω và định mức không khí tự do liên tục là 300 W. Quan trọng hơn đối với các điều kiện phanh, mức quá tải của dòng Corrib280 gấp 10 lần công suất danh nghĩa trong thời gian 5 giây (giây). Đối với C300KR50E, điều này tương ứng với các xung thời gian ngắn lên tới 3000 W.