變頻器的電氣制動(dòng)

1、變頻器的電氣制動(dòng)摘要：本文較為詳細(xì)的講述了變頻器的三種電器制動(dòng)方式，即有能耗制動(dòng)、直流制動(dòng)、回饋（再生）制動(dòng)有關(guān)問題.包括制動(dòng)概況、技術(shù)性能、點(diǎn)阻參數(shù)、制動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路，、信號(hào)電路、應(yīng)用場(chǎng)合、實(shí)施方法、制動(dòng)條件、相關(guān)參數(shù)等。關(guān)鍵詞:變頻器制動(dòng)、能耗制動(dòng)、直流制動(dòng)、回饋（再生）制動(dòng)等。電氣制動(dòng)概況眾所周知變頻器的電氣制動(dòng)方法有三種：能耗制動(dòng)，直流制動(dòng)，回饋（再生）制動(dòng)，其性能及特點(diǎn)如下所列： 制動(dòng)方式制動(dòng)力矩能量去路效果經(jīng)濟(jì)性適用功率適用場(chǎng)合及特點(diǎn)能耗制動(dòng)80%加強(qiáng)式達(dá)130-350%消耗電阻上發(fā)熱浪費(fèi)差50kw一般要求的制動(dòng)設(shè)備上制動(dòng)力矩不平衡有沖擊，有低速爬行可能直流制動(dòng)80-100%動(dòng)能變

2、電能產(chǎn)生制動(dòng)力矩浪費(fèi)差50-100kw要求平穩(wěn)無沖擊，停車精確，例針織、縫紉、起重、提升機(jī)、啟動(dòng)前先停車，例大型風(fēng)機(jī)回饋（再生）制動(dòng)80-150%動(dòng)能變電能回饋電網(wǎng)回收好100kw適用離心機(jī)、清洗機(jī)等尤其高低速交叉,正反轉(zhuǎn)交替高速與低速差值很大，并可四象限運(yùn)轉(zhuǎn)i、能耗制動(dòng)1、制動(dòng)概況從高速到低速（零速）-這時(shí)電氣的頻率變化很快，但電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子帶著負(fù)載（生產(chǎn)機(jī)械）有較大的機(jī)械慣性，不可能很快的停止，這樣就產(chǎn)生反電勢(shì)eu（端電壓）電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，其產(chǎn)生反向電壓轉(zhuǎn)矩與原電動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)矩相反，而使電動(dòng)機(jī)具有較強(qiáng)的制動(dòng)力矩，迫使轉(zhuǎn)子較快停下來,但由于通常變頻器是交直-交主電力,ac/dc整流電路是不可逆

3、的,因此無法回饋到電網(wǎng)上去，結(jié)果造成主電路電容器二端電壓升高，稱泵升電壓，當(dāng)超過設(shè)定上限值電壓700v時(shí)，制動(dòng)回路導(dǎo)通，這就是制動(dòng)單元的工作過程，制動(dòng)電阻流過電源，從而將動(dòng)能變熱能消耗,電壓隨之下降，待到設(shè)定下限值(680v)時(shí)即斷.這種制動(dòng)方法屬不可控，制動(dòng)力矩有波動(dòng)，制動(dòng)時(shí)間是可人為設(shè)定的.2、技術(shù)性能制動(dòng)方式自動(dòng)電壓跟蹤方式反映時(shí)間1ms以下有多種噪聲電網(wǎng)電壓300-460v，45-66hz動(dòng)作電壓700v直流，誤差2v滯環(huán)電壓20v制動(dòng)力巨通常130% ,最大150%保護(hù)過熱，過電流，短路濾波器有噪聲濾波器防護(hù)等級(jí)ipoo3、制動(dòng)電阻計(jì)算方法:制動(dòng)力矩制動(dòng)電阻92%r=780/電動(dòng)機(jī)k

4、w100%r=700/電動(dòng)機(jī)kw110%r=650/電動(dòng)機(jī)kw120%r=600/電動(dòng)機(jī)kw注：電阻值越小，制動(dòng)力矩越大，流過制動(dòng)單元的電流越大;不可以使制動(dòng)單元的工作電流大于其允許最大電流，否則要損壞器件;制動(dòng)時(shí)間可人為選擇;小容量變頻器(7.5kw)一般是內(nèi)接制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻的;當(dāng)在快速制動(dòng)出現(xiàn)過電壓時(shí),說明電阻值過大來不及放電，應(yīng)減少電阻值.4、電阻功率計(jì)算方法:制動(dòng)性質(zhì)電阻功率一般負(fù)荷w(kw)=電阻kw10頻繁制動(dòng)（1分鐘5次以上）w(kw)=電阻kw15長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)（每次4分鐘以上）w(kw)=電阻kw205、制動(dòng)電路:對(duì)低壓變頻器來說其主電路模式幾乎是統(tǒng)一的電壓型，交-直-交電路

5、，它由三相橋式整流，即ac/dc，濾波電路的電容器c1及c2，制動(dòng)電路由晶體管t及電阻r8和二級(jí)管z組成的主控電路，三相式逆變igbt組成為dc/ac，6、驅(qū)動(dòng)電路介紹a大功率t：可用gtr或igbt均可，其主要參數(shù)選擇如下?lián)舸╇妷簎ceo=1000v即可集電極最大電流:按正常電壓下，流經(jīng)rb的電流二倍，即icm2ud/r其它參數(shù)如放大倍數(shù)，開關(guān)時(shí)間等軍無嚴(yán)格要求.b驅(qū)動(dòng)電路可用集成電路組成亦為可用分立元件組成圖1，圖中vd5-vd8上的電壓將為gtr提供反向偏置，工作過程是，當(dāng)光藕vl得到信號(hào)而導(dǎo)通時(shí)，則v1導(dǎo)通且飽和，v2隨即導(dǎo)通v3截止，使gtr導(dǎo)通，既有制動(dòng)電阻流經(jīng)rb，當(dāng)vl失去信號(hào)

6、而截止時(shí)，v1截止，隨即v2截止，v3導(dǎo)通，gtr因反向偏而截止，這樣多次反復(fù)將動(dòng)能變電能，消耗在制動(dòng)電阻rb上，以發(fā)熱方式損耗.c、工作信號(hào)的取出:一般均取直流電壓作信號(hào)圖2。當(dāng)ud超過限值（如700v）時(shí)，比較器的輸出為“+”，則光藕vl輸出信號(hào)電流，再推動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路,實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)工作狀態(tài)，當(dāng)如ud(如608v)下限值時(shí),比較器的輸出為“一”，則光藕vl輸出無電流，這時(shí)驅(qū)動(dòng)電路不工作，處于不制動(dòng)工作狀態(tài)d 、保護(hù)電路-電阻rb的標(biāo)稱功率比實(shí)際消耗的電功率小得多，因此電阻若通過電時(shí)間過長(zhǎng)，必導(dǎo)致過熱損壞，所以要有熱保護(hù)，其方法有用熱繼電器，熱敏電阻，溫度開關(guān)等.7 、主要應(yīng)用場(chǎng)合能耗制動(dòng)的不足

7、，是在制動(dòng)過程中，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的下降，拖動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)能也在減少，于是電動(dòng)機(jī)的再生能力和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也在減少，所以在慣性較大的拖動(dòng)系統(tǒng)中，常會(huì)出現(xiàn)在低速時(shí)停不住，而產(chǎn)生“爬行”現(xiàn)象，從而影響停車時(shí)間的延長(zhǎng)或停位的準(zhǔn)確性.僅適用一般負(fù)載的停車，但有較大能量損耗，停位不準(zhǔn)確，然而電路簡(jiǎn)單，價(jià)格較低.ii、直流制動(dòng)（又稱dc制動(dòng)）:1 、直流制動(dòng)概況在步電動(dòng)機(jī)定子加直流電壓，此時(shí)變頻器的輸出頻率為零，這時(shí)定子產(chǎn)生靜止的恒定磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)動(dòng)著的轉(zhuǎn)子切割此磁場(chǎng)產(chǎn)生制動(dòng)力矩，迫使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子較快的停止，這樣電動(dòng)機(jī)存諸的動(dòng)能換成電能消耗于步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中.2、主要應(yīng)用場(chǎng)合a、需要準(zhǔn)確停車的場(chǎng)合b、用語阻止起動(dòng)電動(dòng)機(jī)由于

8、外因引起的不規(guī)則自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，例：風(fēng)機(jī)，由于風(fēng)管的撥風(fēng)造成壓差，而迫使風(fēng)葉的自由旋轉(zhuǎn)，甚至可能反轉(zhuǎn)，故起動(dòng)變頻器前，先要保證拖動(dòng)系統(tǒng)從零速開始起動(dòng)，即先實(shí)施直流制動(dòng)，到領(lǐng)速后方可起動(dòng)的條件，尤其對(duì)中大型風(fēng)機(jī)更為嚴(yán)重必要。3、直流制動(dòng)三個(gè)要素：a、直流制動(dòng)電壓值，實(shí)質(zhì)是在設(shè)定制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小，顯然拖動(dòng)系統(tǒng)慣性越大，udb值該相應(yīng)大些，一般直流電壓在15-20%左右的變頻器額定輸出電壓約為60-80v，有的用制動(dòng)電流的百分值，當(dāng)然in額定值的，二者都可人為選擇的。b、直流制動(dòng)時(shí)間tdb, 即是向定子繞組通入直流電流的時(shí)間，它應(yīng)比實(shí)際需要的停機(jī)時(shí)間略長(zhǎng)一些，亦可人為選擇的。c、直流制動(dòng)起始頻率fdb，當(dāng)變

9、頻器的工作頻率下降到多大時(shí)開始由能耗制動(dòng)轉(zhuǎn)為直流制動(dòng)，這與負(fù)載對(duì)制動(dòng)時(shí)間的要求有關(guān)，若并無嚴(yán)格要求情況下，fdb盡可能設(shè)定得小一些，具體圖3。d、制動(dòng)全過程中可把高速段采用能耗制動(dòng)，低速段采用直流制動(dòng)，二者配合使用，這樣既能快速成制動(dòng)，又可準(zhǔn)確停車，并防止低速爬行現(xiàn)象。4、定子繞組通入直流電流的方式： 一般有a、定子三相繞組中通入直流電流圖4，這時(shí)6個(gè)igbt中只要三個(gè)處于工作狀態(tài)，且這3個(gè)應(yīng)位于不同橋臂不同側(cè)。即不能均為上管或下管，其余3個(gè)一直處于關(guān)斷狀態(tài)。觸發(fā)信號(hào)的占空比可以根據(jù)調(diào)制度進(jìn)行調(diào)節(jié)。b、定子二相繞組中通入直流電流圖5，這時(shí)只有2個(gè)位于不同橋臂不同側(cè)的igbt處于工作狀態(tài)，其余都

10、有處于關(guān)斷狀態(tài)。 不論上述何種電路都存在當(dāng)定子繞組中通入直流電電流的方向同定子原來的電流向相反，導(dǎo)致發(fā)生較大的第di/dt, 這時(shí)可能產(chǎn)生沖擊電流，出現(xiàn)過流保護(hù)跳閘現(xiàn)象，解決方法是使通入前的電壓相位角要記下，通過軟件方法，使通入電流前、后的電流方向的一致，這是必須的。5、一般變頻器使用直流制動(dòng)后，當(dāng)工作完成即不再向定子繞組通直流電就完事了，沒有去剩磁控制環(huán)節(jié)，但2003年西德引進(jìn)的高檔變頻器tiger power tp2200系列，有退去剩磁控制環(huán)節(jié)，以免在正常逆變器工作時(shí)，對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，因剩磁作用，產(chǎn)生不良的影響，這在國(guó)外是先例，國(guó)內(nèi)尚無的。、回饋（再生）制動(dòng)：1、回饋制動(dòng)概況：當(dāng)電動(dòng)機(jī)功

11、率較大（100kw以上），設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)慣性gd2較大，且是反復(fù)短時(shí)連續(xù)工作制從高速到低速的降速幅度較大，且制動(dòng)時(shí)間亦較短，在這樣使用過程中，為減少制動(dòng)過程的能量損耗，將動(dòng)能變?yōu)殡娔芑仞伒诫娋W(wǎng)去，以達(dá)到節(jié)能功效，只要使用能量回饋制動(dòng)裝置就可。2、回饋制動(dòng)條件：a、電動(dòng)機(jī)從高速fh到低速fl減速過程時(shí)，頻率可突減，但因電動(dòng)機(jī)的機(jī)械慣性影響使轉(zhuǎn)差su（端電壓）。b、從電動(dòng)機(jī)在某一個(gè)fn運(yùn)行,需要停車至fn=0,在這個(gè)過程電動(dòng)機(jī)同樣出現(xiàn)發(fā)電運(yùn)行狀態(tài),這進(jìn)反動(dòng)勢(shì)eu端電壓.c、位能(或勢(shì)能)負(fù)載,如起重機(jī)吊了重物下降時(shí),出現(xiàn)實(shí)際轉(zhuǎn)速nn0同步轉(zhuǎn)速,這時(shí)也出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)發(fā)電運(yùn)行狀態(tài),當(dāng)然eu是必然的.3、回饋制動(dòng)

12、原理：眾所周知,一般通用變壓器其橋式整流電路是三相不可控的即ac/dc,因此無法實(shí)現(xiàn)直流回路與電源間雙向能量傳遞,一種最有效的辦法是采用有源逆變技術(shù)見圖6, 即將再生電能逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率,同相位的交流電回送電網(wǎng)見圖7,從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng),從圖7可知它采用了電流追蹤型pwm整流器組成方式,這樣應(yīng)容易實(shí)現(xiàn)功率的雙向流動(dòng),且具有很快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度,同時(shí)這樣的拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)使得我們能夠完全能夠完全控制交流電側(cè)和直流側(cè)之間的無功和有功的交換,且效率可高達(dá)97%,經(jīng)濟(jì)效益較大,熱損耗為能耗制動(dòng)的1%,現(xiàn)時(shí)不污染電網(wǎng),所以特別適用于需要頻繁制動(dòng)的場(chǎng)合,電動(dòng)機(jī)的功率亦較大,這時(shí)節(jié)電效果明顯,按運(yùn)行的工況條件不同平均約有

13、20%的省電效果.4、技術(shù)性能:制動(dòng)方式雙向自動(dòng)電壓跟蹤控制方式反應(yīng)時(shí)間1ms以下,有多重噪聲過濾允許電網(wǎng)電壓300-460vac 45-66hz動(dòng)作電壓700v dc 誤差2v滯環(huán)電壓20v制動(dòng)力矩150%回饋方式正弦波電流方式電流畸度5%以下內(nèi)置電抗器有內(nèi)置噪聲濾波有設(shè)計(jì)工作制長(zhǎng)期保護(hù)過熱 過電流 短路防護(hù)等級(jí)ip005、回饋制動(dòng)特點(diǎn):d、可廣泛應(yīng)用于pwm交流傳動(dòng)的能量回饋制動(dòng)場(chǎng)合的節(jié)能運(yùn)行需要.e、回饋效率高可達(dá)97%,熱損小,僅為能耗制動(dòng)的1%.f、功率因素1.g、高次諧波電流較小,對(duì)電網(wǎng)的污染較小,具有綠色環(huán)保的美稱.h、節(jié)省投資,易于控制電源側(cè)的諧波和無功分量.i、在多電機(jī)傳動(dòng)中

14、,每一單機(jī)的再生能量可以等到充分利用.j、具有較大的節(jié)電效果(與電動(dòng)機(jī)的功率大小,及運(yùn)行工況狀況等有關(guān)).6、主要應(yīng)用場(chǎng)合:能量回饋裝置系統(tǒng)具有的優(yōu)越性,遠(yuǎn)勝過能耗制動(dòng)和直流制動(dòng),所以近年來不少使用單位結(jié)合使用設(shè)備的特點(diǎn),紛紛提出要求配備能量回饋裝置的要求,國(guó)外也僅有abb、西門子、富士、安川、芬蘭vacon等少數(shù)不多的公司能提供產(chǎn)品,國(guó)內(nèi)幾乎空白,而深圳加能電子公司采用加拿大技術(shù),近年來生產(chǎn)的專門從事變頻制動(dòng)裝置制造各應(yīng)用,還有深圳英威騰電氣有限公司亦生產(chǎn)能耗制動(dòng)及回饋制動(dòng),這樣為廣大用戶提供極大的使用方便,具體用在以下行業(yè)的設(shè)備上,在使用中更為迫切.例如”a、制藥廠內(nèi)的葡萄糖結(jié)晶用的高速分離機(jī).b、民用食糖-砂糖結(jié)晶用的高速分離機(jī).c、涂料廠用的涂料混合機(jī)、攪拌機(jī).d、塑料廠用的染色機(jī)、配料機(jī)、混合機(jī).e、洗滌廠用的中大型清洗機(jī)、脫水機(jī)、甩干機(jī).f、酒店、賓館、洗衣店用的洗衣、床單等清洗機(jī).g、各專業(yè)離心機(jī)械廠中的高速離心機(jī)、分離機(jī).h、各種傾倒設(shè)備如轉(zhuǎn)爐、鋼水包等.i、起重機(jī)械如橋式.塔式.門吊起重主吊鉤,當(dāng)重物下降時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)/j、一切高承載的輸送帶k、礦井中的吊籠(載人或裝料),斜井礦車.l、各種閘門的啟用裝置.m、造紙的紙輥電機(jī)、化纖機(jī)械的牽伸機(jī). -上海神源電氣有限公司- 電氣自動(dòng)化高級(jí)工程師張選正主要參考資料:陳輝等 電壓型通用變頻器中制動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn) 變