Interfejs hamulca elektrowirowego BD3 – dokumentacja

Interfejs hamulca elektrowirowego BD3 przeznaczony jest do zasilania hamulca elektrowirowego przy bezpośrednim wykorzystaniu sieci elektrycznej jako źródła zasilania. Interfejs utrzymuje prąd hamulca na zadanym poziomie aby otrzymać pożądany moment hamowania. BD3 można zasilać z jednej lub trzech faz sieci elektrycznej. Interfejs zawiera układ szybkiej demagnetyzacji hamulca umożliwiający szybką zmianę generowanego momentu hamowania. Przy użyciu BD3 typowy hamulec uzyskuje pełną siłę hamowania w czasie 0.2s i może całkowicie zaprzestać hamowania w czasie 0.02s. Szybkie sterowanie prądem hamulca jest szczególnie przydatne w przypadku hamowni o niskim momencie inercji, takich jak hamowni silnikowe lub hubowe.

Porównanie interfejsów hamulca serii BD

Środki ostrożności

  • Urządzenie powinno być przymocowanie do twardej, płaskiej powierzchni w dobrze wentylowanym otoczeniu.
  • Urządzenie nie może być narażone na wibracje.
  • Przepływ powietrza przez urządzenie nie może zostać zablokowany.
  • W urządzeniu występują napięcia zagrażające życiu. Przed przystąpieniem do podłączania urządzenia należy upewnić się, że zasilanie zostało odłączone.
  • Urządzenie wyposażone jest w kondensator magazynujący wysokie napięcie. Przed przystąpieniem do prac serwisowych przy urządzeniu, po odłączeniu zasilania należy odczekać 15 minut aby napięcie na kondensatorze opadło do bezpiecznego poziomu.
  • Urządzenie jest przeznaczone do instalacji przez wykwalifikowany personel.
  • Urządzenie musi zostać zabezpieczone przed dostępem osób postronnych.
  • Urządzenie musi być chronione przed wilgocią. Nie należy używać urządzenia gdy jest mokre.
  • Urządzenie musi zostać zabezpieczone przed dostawaniem się przewodzących zanieczyszczeń. Urządzenie nie powinno być używane w pomieszczeniu gdzie unosi się pył z obróbki metalu.
  • Urządzenie nie może być zasilane bez obudowy. Instalacja urządzenia nie wymaga demontażu obudowy.
  • Jeśli urządzenie nie działa poprawnie, wydaje nietypowy dźwięk, wydostaje się z niego dym, powinno zostać natychmiast wyłączone. W takim przypadku należy skontaktować się z producentem w celu diagnozy i naprawy urządzenia. Wydawanie przez urządzenie i hamulec elektrowirowy pisku / szumu jest normalnym efektem modulacji prądu hamulca przez urządzenie.
  • Wszystkie metalowe elementy hamowni muszą zostać podłączone do przewodu ochronnego. Jakiekolwiek zwarcie przewodu zasilającego do konstrukcji hamowni muszą skutkować odłączeniem zasilania. Zalecane jest zastosowanie w instalacji wyłącznika różnicowoprądowego RCD.
  • Urządzenie powinno być zabezpieczone zewnętrznym wyłącznikiem nadprądowym o charakterystyce B. Wartość zabezpieczenia powinna być dobrana do minimalnej wartości wystarczającej do zasilenia hamulca.
wariant urządzeniazasilanie jednofazowezasilanie trójfazowe
BD3 – 22.5A25A10A
BD3 – 45A20A
Maksymalne wartości prądu zabezpieczenia nadprądowego.

Specyfikacja urządzenia

Zasilanie1 lub 3 fazy
L-N 100-230VAC
L-L 100-400VAC
50/60Hz
Maksymalny ciągły prąd hamulcaBD3-22.5A:
22.5A @ 40°C

BD3-45A:
45A @ 25°C
40A @ 40°C
Metoda demagnetyzacji hamulcaSzybka demagnetyzacja z kondensatorem magazynującym
Częstotliwość przełączaniaAdaptacyjna do 4kHz
Kontrola prądu hamulcaMikroprocesorowy układ regulacji
Wymiary22.5A: 14cm x 15.5cm x 12cm
45A: 26cm x 23.5cm x 11cm
Ustawianie nastawy prąduProgramowalny zakres prądu
Galwanicznie izolowane wejście PWM, 15Hz – 4kHz, 4V – 8V, wyższe napięcie wejściowe dopuszczalne z dodatkowym rezystorem
Galwanicznie izolowany interfejs CAN-BUS 2.0B, 500kBit
DiagnostykaCAN bus:
Prąd hamulca
Temperatura modułu mocy
Częstotliwość przełączania

Możliwość dodania innych parametrów wraz z aktualizacjami oprogramowania
Dopuszczalna temperatura otoczenia−20°C ÷ 50°C
Dopuszczalna wilgotność otoczenia0% ÷ 95% bez kondensacji
Położenie instalacjiDo 1000 m.n.p.m.
Masa22.5A: 1.3kg
45A: 3.3kg

Schemat podłączenia

TerminalOpis
PWM IN-ujemne wejście sygnału PWM
PWM IN+dodatnie wejście sygnału PWM
CAN HIGHmagistrala CAN, przewód high
CAN LOWmagistrala CAN, przewód low
N / NNeutralny przewód zasilania
L / L1Fazowy przewód zasilania
N / L2Neutralny przewód zasilania dla podłączenia jedno-fazowego lub kolejna faza w zasilaniu trójfazowym
L3Kolejna faza w zasilaniu trójfazowym
CAPACITORKondensator magazynujący
BRAKEUzwojenie hamulca elektrowirowego

UWAGA! W urządzeniu występują napięcia zagrażające życiu.
Wszystkie podłączenia powinny być wykonywane przy odłączonym zasilaniu.
Podłączenie zasilania jest dopuszczalne tylko gdy urządzenie jest bezpiecznie umocowane i jego obudowa nie jest zdemontowana.
Kondensator magazynujący utrzymuje niebezpieczne napięcie w obwodzie przez 15min (250uF) lub 30min (530uF) po odłączeniu zasilania.
Przed serwisowaniem urządzenia należy odczekać aż kondensator rozładuje się do bezpiecznego napięcia.
Obwody PWM i CAN są odizolowane od niebezpiecznego napięcia i są jedynymi obwodami przy których można bezpiecznie pracować kiedy urządzenie jest zasilone.

Przewody kondensatora oraz hamulca powinny być prowadzone zdala od obwodów wrażliwych na zakłócenia (np. przewód tensometru). Jeśli osobne poprowadzenie przewodów nie jest możliwe, należy zastosować przewody ekranowane.

Typowo wymagane przekroje przewodów w zależności od przewodzonego prądu:

  • 2.5mm² do 17A
  • 4mm² do 23A
  • 6mm² do 30A
  • 10mm² do 40A
  • 16mm² do 50A

Kondensator magazynujący

Urządzenie wykorzystuje kondensator do zmagazynowania energii hamulca elektrowirowego podczas jego demagnetyzacji oraz do filtrowania napięcia zasilania. Typowe napięcie obecne na kondensatorze to 325VDC dla zasilania 230VAC oraz 564VDC dla zasilania 400VAC. Kiedy hamulec jest szybko rozładowany z dużego prądu, napięcie na kondensatorze chwilowo wzrasta maksymalnie do 1000V.
Obwód kondensatora oraz hamulca powinien mieć izolację wytrzymującą napięcie do 1200V aby zapewnić odpowiednie bezpieczeństwo podczas demagnetyzacji uzwojenia hamulca.
Aby szybka demagnetyzacja działała poprawnie, pojemność kondensatora musi być odpowiednio dobrana. Minimalna wymagana pojemność może zostać obliczona za pomocą poniższego kalkulatora.


Maksymalny prąd hamulca elektrowirowego
A

Indukcyjność uzwojenia hamulca elektrowirowego
mH



Energia magnetyczna w uzwojeniu
J

Minimalna pojemność kondensatora
uF
ModelIndukcyjność [mH]Prąd nominalny [A]
Frenelsa F16-16012318
Frenelsa F16-GR18422
KLAM CFK-50077019
Elektromex EMX- 30/12000306

BD3 musi zawsze pracować z podłączonym kondensatorem magazynującym. Używanie BD3 bez podłączonego kondensatora może prowadzić do uszkodzenia urządzenia, które nie jest objęte gwarancją.

Kompatybilność hamulców elektrowirowych

Aby hamulec elektrowirowy był kompatybilny z interfejsem BD3, izolacja jego uzwojenia powinna dopuszczać chwilowe skoki napięcia do 1000V. Taki skok napięcia występuje chwilowo przy demagnetyzacji uzwojenia, jeśli dobrana jest minimalna pojemność kondensatora magazynującego. Poprzez zastosowanie kondensatora o pojemności większej niż minimalna można obniżyć wartość skoku napięcia podczas demagnetyzacji. Typowa izolacja uzwojenia hamulca jest w stanie wytrzymać 2kV – 8kV między kolejnymi zwojami. Dobry projekt hamulca pozwala uzyskać jeszcze większe dopuszczalne napięcie dla całego uzwojenia. W przypadku braku pewności czy dany hamulec jest w stanie spełnić wymagania dla BD3, należy skontaktować się z producentem.
Następujące marki hamulców elektrowirowych są kompatybilne z interfejsem BD3:

MarkaNapięcie fabrycznego testu izolacji
Frenelsa1500V
KLAM1500V
Pentar Kloft5000V
Elektromex Centrum1000V
zalecane jest dobranie większego kondensatora niż minimalny

Aby utrzymać izolację uzwojenia hamulca sprawną przez długi czas należy stosować się do następujących zasad:

  • Unikać przegrzewania uzwojenia
    • Nie przekraczać nominalnego prądu hamulca
    • Nie zasilać hamulca który stoi nieruchomo
    • Po długim pomiarze dać hamulcowi wystygnąć obracając nim bez zasilania uzwojenia
  • Unikać mechanicznego uszkodzenia uzwojenia
  • Chronić uzwojenie przed wilgocią i pleśnią
  • Unikać zanieczyszczenia uzwojenia pyłem i płynami

Programowanie i praca

Zaleca się podłączenie interfejsu BD3 ze sterownikiem hamowni DC1 poprzez magistralę CAN. Do podłączenia należy wykorzystać skręconą parę przewodów. Należy pamiętać o umieszczeniu rezystorów terminujących 120Ohm na końcach magistrali zgodnie ze specyfikacją. Po stronie DC1 jest możliwość wykorzystania wbudowanego rezystora terminującego. Więcej informacji można znaleźć na stronie Wikipedia o magistrali CAN.

Przykładowa konfiguracja CAN w sterowniku hamowni dla interfejsu BD3

Konfiguracja magistrali CAN dla BD3 wymaga:

  • Speed: 500kbps
  • Send BD3 control message: zaznaczone

Enable terminator może zostać zaznaczone w celu załączania terminatora magistrali po stronie sterownika DC1.

CAN IDOpisFormat
0x160Ramka programująca z DC1 do BD3
0x161Odpowiedź programowania z BD3 do DC1
0x162Ramka sterująca nastawą prądu [16bit ułamek zakresu prądu 0x0 ÷ 0xfff0 big endianness][ kanał 1 ]
[ kanał 2 ]
[ kanał 3 ]
[ kanał 4 ]
0x163-0x166Ramka statusu BD3 [każde pole 16bit, big endianness]
0x163: kanał 1
0x164: kanał 2
0x165: kanał 3
0x166: kanał 4
[ prąd hamulca 10mA/bit (wersja 45A) 5mA/bit (wersja 22.5A) ]
[ częstotliwość przełączania wyjścia 100Hz/bit ]
[ temperatura modułu mocy 0.1°C/bit ze znakiem ]
[ zarezerwowane ]
Opis komunikacji magistrali CAN dla BD3

Przykładowy plik konfiguracji CAN inputs dla wersji 22.5A na kanale 1.

Interfejs BD3 powinien przed użyciem zostać skonfigurowany za pomocą BD3 Tool w oprogramowaniu Dyno2.

BD3 Tool
  1. Detected device list – lista urządzeń wykrytych na magistrali CAN. Kliknięcie urządzenia na liście rozpoczyna jego konfiguracje.
  2. Scan again for BD3 devices – jeśli urządzenie zostało podłączone po uruchomieniu narzędzia BD3 Tool, ta funkcja umożliwia ponowne wyszukanie podłączonych urządzeń.
  3. Assign BD3 device to channel – przypisanie BD3 do kanału sterującego oraz ID wysyłania danych diagnostycznych.
  4. Set current range – ustawia zakres prądu BD3 jako procent nominalnego prądu urządzenia (45A or 22.5A).
  5. Upgrade firmware – przycisk umożliwia aktualizacje oprogramowania BD3 jeśli takie jest dostępne.
  6. Log window – okno pokazuje co jest wykonywane w komunikacji pomiędzy DC1 i BD3.

Kanały

Do 4 interfejsów BD3 może być sterowanych z kontrolera hamowni DC1. Każdy z tych interfejsów musi być przypisany do osobnego kanału. Każdy Torque Controller w DC1 wysyła pożądany ułamek mocy hamulca (0.0 ÷ 1.0) poprzez magistralę CAN jeśli opcja Send BD3 control message jest zaznaczona.
Przykładowy przepływ danych:
Torque Controller 1 w DC1 -> ramka CAN 0x162, kanał 1 -> BD3 przypisane do kanału 1 -> ramka statusu 0x163 -> DC1
Torque Controller 2 w DC1 -> ramka CAN 0x162, kanał 2 -> BD3 przypisane do kanału 2 -> ramka statusu 0x164 -> DC1

Zakres prądu hamulca

Zakres prądu podłączonego hamulca elektrowirowego musi zostać zaprogramowany w interfejsie BD3. Przy użyciu tej informacji interfejs BD3 reguluje efektywne napięcie wyjściowe tak, aby hamulec pracował w zakresie dozwolonych przez producenta parametrów. Stosowanie zakresu prądu większego niż zalecony przez producenta może skutkować uszkodzeniem uzwojeń hamulca!

Przykładowa specyfikacja hamulca elektrowirowego

Specyfikacja hamulca elektrowirowego jest powiązana następującym równaniem:

  • napięcie nominalne = rezystancja obwodu uzwojeń * prąd nominalny

Jeśli jeden z powyższych parametrów nie jest podany w specyfikacji, można go obliczyć z pozostałych dwóch.
Przykładowa kalkulacja zakresu prądu dla hamulca F16-120 i interfejsu BD3-22.5A:
Current range [%] = prąd nominalny hamulca [A] / prąd nominalny wersji BD3 [A] = 15.5A / 22.5A = 0.68 = 68%

Dobór nominalnego napięcia hamulca elektrowirowego w zależności od źródła zasilania

Napięcie zasilania pomiędzy terminalami L-LPożądane nominalne napięcie hamulca elektrowirowego
230VAC lub 400VAC192V
120VAC96V

Hamulec z niższym niż pożądane napięcie nominalnym także będzie poprawnie pracował z interfejsem BD3, jednak:

  • Fluktuacja prądu hamulca w okolicy zadanego prądu będzie większa (średni prąd dalej będzie równy wartości zadanej).
  • W rezultacie większej fluktuacji, może występować pulsacja momentu siły hamowania oraz większa emisja zakłóceń przez uzwojenie hamulca.

Jeśli posiadany hamulec ma niższe napięcie nominalne niż pożądane, warto rozważyć przerobienie go na wyższe napięcie. Hamulce typowo zbudowane są z 16 cewek o napięciu nominalnym 12V. Przeróbka hamulca na wyższe napięcie sprowadza się do połączenia wszystkich cewek szeregowo (16*12V = 192V).
Jeśli przeróbka hamulca nie jest możliwa i sterowanie prądem nie jest zadowalające, możliwe jest obniżenie napięcia zasilania interfejsu BD3 za pomocą zewnętrznego transformatora.

Gwarancja

Producent zapewnia, że urządzenie jest wykonane zgodnie ze sztuką oraz obowiązującymi normami i gwarantuje jego poprawną pracę przez okres 24 miesięcy od daty zakupu.
Gwarancja nie obejmuje uszkodzeń powstałych z winy użytkownika, niepoprawnej instalacji oraz nie stosowania się do instrukcji obsługi.
Urządzenie przeznaczone jest do montażu przez wykwalifikowany personel i jego końcowe parametry oraz przydatność do zastosowania w konkretnej aplikacji zależy od użytkownika, w związku z czym nie jest gwarantowana przez producenta.