Η αυξανόμενη πυκνότητα ισχύος των βιομηχανικών μηχανημάτων αυξάνει τον κίνδυνο ψεύτικης ενεργοποίησης, υπερθέρμανσης και καταστροφικών βλαβών, που μπορεί να οδηγήσουν σε διακοπή λειτουργίας ολόκληρης της γραμμής παραγωγής. Για να μειώσουν αυτούς τους κινδύνους ενώ πληρούν τις απαιτήσεις απόδοσης, οι σχεδιαστές χρειάζονται αντιστάσεις που μπορούν να χειριστούν μια ποικιλία προβλημάτων. Ορισμένοι αντιστάτες πρέπει να μπορούν να περιορίζουν τα γεγονότα υπερτάσεων ή σφαλμάτων, μερικοί πρέπει να μπορούν να διαχέουν την αναγεννημένη ενέργεια και άλλοι πρέπει να παρέχουν αξιόπιστη απαγωγή θερμότητας σε ένα συμπαγές περίβλημα.
Εν ολίγοις, η επιλογή των κατάλληλων αντιστάσεων έχει γίνει ένα βασικό βήμα στο σχεδιασμό αξιόπιστων βιομηχανικών συστημάτων κίνησης κινητήρα.
Αυτή η εργασία εστιάζει στις προκλήσεις που αντιμετωπίζουν οι σχεδιαστές βιομηχανικών μηχανημάτων και στα πλεονεκτήματα της αντίστοιχης τεχνολογίας αντιστάσεων, ακολουθούμενες από αντιπροσωπευτικές αντιστάσεις στην εκτεταμένη σειρά προϊόντων της Ohmate, τις οποίες οι σχεδιαστές μπορούν να χρησιμοποιήσουν για να αντιμετωπίσουν σε κοινά σενάρια πέδησης και παροδικής προστασίας.
Απορρόφηση παλμικής ενέργειας για περιορισμό του ρεύματος υπέρτασης και προστασία από υπερτάσεις
Οι κινητήρες βιομηχανικής κίνησης συχνά εκθέτουν τις αντιστάσεις σε παροδικά γεγονότα υψηλής ενέργειας. Ένα καλό παράδειγμα είναι η φάση προφόρτισης ενός VFD. Όταν αυτή η φάση ενεργοποιείται, ο πυκνωτής διαύλου DC παρουσιάζει μια κατάσταση σχεδόν βραχυκυκλώματος στην παροχή ρεύματος, δημιουργώντας απότομη αιχμή ρεύματος εισροής. Εάν δεν υπάρχει αντίσταση περιορισμού ρεύματος στο κύκλωμα προφόρτισης, αυτή η ακίδα μπορεί να σκάσει την προστασία ανάντη ή να καταστρέψει το IGBT της μονάδας δίσκου.
Παρόμοιες υψηλές απαιτήσεις παλμών ενέργειας εμφανίζονται σε επίπεδα απορρόφησης ενέργειας σφάλματος, κυκλώματος λοστού και προστασίας τροφοδοσίας. Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις, η αντίσταση πρέπει να απορροφά σύντομους αλλά μεγάλους παλμούς ενέργειας χωρίς μηχανική υποβάθμιση και να μπορεί να επαναλαμβάνει αυτή τη διαδικασία σε έναν αριθμό κύκλων λειτουργίας.
Οι σύνθετες κεραμικές αντιστάσεις της σειράς PulsA της Ohmate έχουν σχεδιαστεί ειδικά για αυτό το σκοπό. Η μη επαγωγική κεραμική δομή του επιτρέπει την ομοιόμορφη κατανομή της ενέργειας σε όλο το σώμα, μειώνοντας τον κίνδυνο κόπωσης από μόλυβδο που θα μπορούσε να προκαλέσει βλάβη στις συμβατικές αντιστάσεις τραύματος. Αυτή η μη επαγωγική κατασκευή βοηθά επίσης στη μείωση των ψευδών αιχμών τάσης κατά τη διάρκεια μεταβατικών ταχυτήτων ρεύματος, οι οποίες είναι πολύ χρήσιμες σε προστατευτικά κυκλώματα όπου η άκρη του διακόπτη μπορεί να είναι απότομη.
Η σειρά A καλύπτει τιμές αντίστασης από 1,0 Ohm έως 15 k Ohm, ονομασίες συνεχούς ισχύος από 2,0 W έως 5,5 W, ονομασίες παλμικής τάσης από 1000 V έως 2500 V και ενεργειακή χωρητικότητα ενός παλμού από 250 J έως 2800 J. Αυτό το εύρος επιτρέπει στους σχεδιαστές να επιλέγουν και να ταιριάζουν με ένα συγκεκριμένο κύκλωμα τάσης και προστασίας του διαύλου.
Για παράδειγμα, το 3,3 Ω AY33GKE (Εικόνα 1) περιορίζει το μέγιστο ρεύμα υπέρτασης σε έναν τυπικό δίαυλο 600 VDC σε περίπου 180 A (I=V/R), ανάλογα με την σύνθετη αντίσταση και την χωρητικότητα του συστήματος. Αυτό το ρεύμα είναι αρκετά υψηλό για να φορτίζει γρήγορα τη συστοιχία πυκνωτών και αρκετά χαμηλό για να προστατεύει τον επαφέα ανάντη και το IGBT. Η ονομαστική παλμική τάση 2000 V παρέχει ένα περιθώριο πολύ πάνω από την τυπική τάση βιομηχανικού διαύλου, ενώ η ονομαστική ενεργειακή ονομαστική τάση μονοπαλμικού 1400 J παρέχει επαρκές περιθώριο για τυπικούς κύκλους φόρτισης.
Εικόνα αντίστασης Ohmite Ay33GKE
Εικόνα 1: Η αντίσταση AY33GKE χρησιμοποιεί μια κεραμική δομή σώματος για να απορροφήσει έως και 1400 J μονοπαλμικής ενέργειας. Πηγή εικόνας: Ohmite)
Σημειώνεται ότι η συνεχής ονομαστική ισχύς του AY33GKE είναι μόνο 4,5 W, αλλά αυτή είναι επαρκής για την προσωρινή εφαρμογή στόχου. Για παράδειγμα, μόλις ολοκληρωθεί ο κύκλος προφόρτισης VFD, η αντίσταση παρακάμπτεται και δεν απαιτείται απαγωγή ενέργειας.
Δυναμικό φρένο χαμηλής επαγωγής σε συμπαγές περίβλημα κίνησης
Όταν το VFD επιβραδύνει τον κινητήρα, ο κινητήρας λειτουργεί ως γεννήτρια και τροφοδοτεί την αναγεννημένη ενέργεια πίσω στο δίαυλο DC. Το κύκλωμα του κόφτη μεταφέρει αυτήν την ενέργεια στην αντίσταση του φρένου σε ρεύματα παραγωγής και διακοπής υψηλής συχνότητας. Εάν η αντίσταση του φρένου έχει σημαντική παρασιτική επαγωγή, αυτές οι γρήγορες μεταβάσεις ρεύματος θα παράγουν αιχμές τάσης που μπορεί να βλάψουν τον κόφτη IGBT. Ταυτόχρονα, τα σύγχρονα ντουλάπια ελέγχου γίνονται ολοένα και μικρότερα, αφήνοντας όλο και λιγότερο φυσικό χώρο για το ογκώδες κουτί αντίστασης ψύξης με συναγωγή.
Οι επίπεδες αντιστάσεις παχιάς μεμβράνης της σειράς TAP800 λύνουν αυτά τα δύο προβλήματα. Τα στοιχεία αντοχής του είναι κατασκευασμένα σε κεραμικό υπόστρωμα υψηλής αλουμίνας και η επιμετάλλωση του πυθμένα επιτρέπει την αποτελεσματική μεταφορά θερμότητας. Το επίπεδο προφίλ μεταφέρει τη θερμότητα απευθείας στο σασί ή στην ψυχρή πλάκα, επιτρέποντας δυναμική πέδηση υψηλής ισχύος σε περιβλήματα όπου δεν μπορούν να εγκατασταθούν συμβατικές αντιστάσεις ψύξης με συναγωγή. Αυτή η επίπεδη διαμόρφωση ελαχιστοποιεί επίσης την παρασιτική επαγωγή και χωρητικότητα, με αποτέλεσμα σταθερή απόδοση όταν υποβάλλεται σε παλμικά φορτία υψηλής συχνότητας.
Η σειρά TAP800 καλύπτει ένα εύρος αντιστάσεων από 1 Ω έως 10 k Ω με συνεχή βαθμολογία 800 W για όλα τα μοντέλα με κατάλληλη απαγωγή θερμότητας.
Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι το TAP800K390E (Εικόνα 2). Έχει τιμή αντίστασης 390 Ω και βαθμολογία συνεχούς απαγωγής ισχύος 800 W όταν τοποθετείται σε υγρό ή αερόψυκτο καλοριφέρ. Η κρίσιμη προδιαγραφή για τη δυναμική πέδηση είναι η αυτεπαγωγή του 80 NH, η οποία διασφαλίζει ότι οι διακόπτες IGBT υψηλής ταχύτητας δεν προκαλούν μεταβατικές μεταβολές τάσης και στα δύο άκρα του κυκλώματος του κόφτη.
Εικόνα της επίπεδης αντίστασης παχιάς μεμβράνης Ohmate TAP800K390E
Εικόνα 2: Το TAP800K390E είναι μια επίπεδη αντίσταση παχιάς μεμβράνης σχεδιασμένη για ψύξη αγωγιμότητας. Πηγή εικόνας: Ohmite)
Το TAP800K390E παρέχει επίσης στιβαρή ηλεκτρική μόνωση μεταξύ του ζυγού συνεχούς ρεύματος DC και της γειωμένης επιφάνειας στερέωσης. Η μέγιστη τάση λειτουργίας είναι 5000 VDC και η ονομαστική τιμή μερικής εκφόρτισης είναι 4 kVRMS υπό την προϋπόθεση ότι η μερική εκφόρτιση είναι μικρότερη από 10 Picocoulometer (pC), επομένως μπορεί να επιτευχθεί μακροπρόθεσμη αξιοπιστία. Αυτές οι προδιαγραφές διασφαλίζουν ότι η μόνωση μπορεί να αντέξει επαναλαμβανόμενες καταπονήσεις υψηλής τάσης και μεταβατικές αλλαγές που είναι τυπικές των σύγχρονων βιομηχανικών ηλεκτροκινητήρων χωρίς φθορά με την πάροδο του χρόνου.
Δυναμικά φρένα βαρέως τύπου για φορτία υψηλής αδράνειας
Ορισμένες εφαρμογές κίνησης κινητήρα δίνουν λιγότερη έμφαση στη συμπαγή συσκευασία από ό,τι στον χειρισμό καθαρής ενέργειας. Για παράδειγμα, οι βιομηχανικοί γερανοί, οι φυγόκεντροι και οι μεταφορείς κατάβασης βαρέως τύπου, η μείωση του φορτίου σε αυτές τις εφαρμογές αναγκάζει τον κινητήρα να λειτουργεί ως γεννήτρια που τροφοδοτεί μεγάλες ποσότητες κινητικής ενέργειας στον κινητήρα. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η αντίσταση του φρένου πρέπει να μπορεί να αντέχει σε βίαιες υπερτάσεις και να κρυώνει γρήγορα μεταξύ των κύκλων για να αποφευχθεί η συσσώρευση θερμότητας.
Οι αντιστάσεις της σειράς Corrib 280 της Ohmiti έχουν σχεδιαστεί για αυτό το υψηλό ρεύμα, χαμηλή αντίσταση. Η σειρά σχηματίζεται με την περιέλιξη κυματοειδών συρμάτων αντίστασης γύρω από έναν σωληνωτό κεραμικό πυρήνα και τη σύντηξη και στερέωσή τους με μια επίστρωση υαλώδους σμάλτου. Αυτή η δομή έχει πολλές λειτουργίες: τα κυματοειδές σύρματα αντίστασης αυξάνουν την επιφάνεια και επιταχύνουν τη διάχυση θερμότητας. Ο κεραμικός πυρήνας και η επίστρωση λούστρου βελτιώνουν τη μηχανική αντοχή ενώ προάγουν την αποτελεσματική μεταφορά θερμότητας. Ο κοίλος πυρήνας επιτρέπει στον αέρα να ρέει μέσα από το σώμα της αντίστασης για παθητική ψύξη.
Η συνεχής ονομαστική ισχύς της σειράς Corrib280 κυμαίνεται από 35 Watt έως 1500 Watt και η τιμή αντίστασης του μοντέλου 300 watt είναι τόσο χαμηλή όσο 0,10 Ω. Αυτό δίνει στον σχεδιαστή σημαντική ευελιξία για να ταιριάξει τις αντιστάσεις σε συγκεκριμένη τάση διαύλου, ρεύμα πέδησης και περιορισμούς φυσικού χώρου.
Ένα αντιπροσωπευτικό παράδειγμα είναι το C300KR50E (Εικόνα 3). Έχει τιμή αντίστασης 0,5 Ω και βαθμολογία συνεχούς ελεύθερου αέρα 300 W. Το πιο σημαντικό για τις συνθήκες πέδησης, η βαθμολογία υπερφόρτωσης της σειράς Corrib280 είναι 10 φορές η ονομαστική ισχύς για διάρκεια 5 δευτερολέπτων (s). Για C300KR50E, αυτό αντιστοιχεί σε βραχυχρόνιους παλμούς έως 3000 W.