變頻器的電氣制動

1、變頻器的電氣制動摘要：本文較為詳細的講述了變頻器的三種電器制動方式，即有能耗制動、直流制動、回饋（再生）制動有關(guān)問題.包括制動概況、技術(shù)性能、點阻參數(shù)、制動電路驅(qū)動電路，、信號電路、應(yīng)用場合、實施方法、制動條件、相關(guān)參數(shù)等。關(guān)鍵詞:變頻器制動、能耗制動、直流制動、回饋（再生）制動等。電氣制動概況眾所周知變頻器的電氣制動方法有三種：能耗制動，直流制動，回饋（再生）制動，其性能及特點如下所列： 制動方式制動力矩能量去路效果經(jīng)濟性適用功率適用場合及特點能耗制動80%加強式達130-350%消耗電阻上發(fā)熱浪費差50kw一般要求的制動設(shè)備上制動力矩不平衡有沖擊，有低速爬行可能直流制動80-100%動能變

2、電能產(chǎn)生制動力矩浪費差50-100kw要求平穩(wěn)無沖擊，停車精確，例針織、縫紉、起重、提升機、啟動前先停車，例大型風(fēng)機回饋（再生）制動80-150%動能變電能回饋電網(wǎng)回收好100kw適用離心機、清洗機等尤其高低速交叉,正反轉(zhuǎn)交替高速與低速差值很大，并可四象限運轉(zhuǎn)i、能耗制動1、制動概況從高速到低速（零速）-這時電氣的頻率變化很快，但電動機的轉(zhuǎn)子帶著負載（生產(chǎn)機械）有較大的機械慣性，不可能很快的停止，這樣就產(chǎn)生反電勢eu（端電壓）電動機處于發(fā)電狀態(tài)，其產(chǎn)生反向電壓轉(zhuǎn)矩與原電動狀態(tài)轉(zhuǎn)矩相反，而使電動機具有較強的制動力矩，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，制動回路導(dǎo)通，這就是制動單元的工作過程，制動電阻流過電源，從而將動能變熱能消耗,電壓隨之下降，待到設(shè)定下限值(680v)時即斷.這種制動方法屬不可控，制動力矩有波動，制動時間是可人為設(shè)定的.2、技術(shù)性能制動方式自動電壓跟蹤方式反映時間1ms以下有多種噪聲電網(wǎng)電壓300-460v，45-66hz動作電壓700v直流，誤差2v滯環(huán)電壓20v制動力巨通常130% ,最大150%保護過熱，過電流，短路濾波器有噪聲濾波器防護等級ipoo3、制動電阻計算方法:制動力矩制動電阻92%r=780/電動機k

4、w100%r=700/電動機kw110%r=650/電動機kw120%r=600/電動機kw注：電阻值越小，制動力矩越大，流過制動單元的電流越大;不可以使制動單元的工作電流大于其允許最大電流，否則要損壞器件;制動時間可人為選擇;小容量變頻器(7.5kw)一般是內(nèi)接制動單元和制動電阻的;當(dāng)在快速制動出現(xiàn)過電壓時,說明電阻值過大來不及放電，應(yīng)減少電阻值.4、電阻功率計算方法:制動性質(zhì)電阻功率一般負荷w(kw)=電阻kw10頻繁制動（1分鐘5次以上）w(kw)=電阻kw15長時間制動（每次4分鐘以上）w(kw)=電阻kw205、制動電路:對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，制動電路由晶體管t及電阻r8和二級管z組成的主控電路，三相式逆變igbt組成為dc/ac，6、驅(qū)動電路介紹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)時間等軍無嚴格要求.b驅(qū)動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得到信號而導(dǎo)通時，則v1導(dǎo)通且飽和，v2隨即導(dǎo)通v3截止，使gtr導(dǎo)通，既有制動電阻流經(jīng)rb，當(dāng)vl失去信號

6、而截止時，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)將動能變電能，消耗在制動電阻rb上，以發(fā)熱方式損耗.c、工作信號的取出:一般均取直流電壓作信號圖2。當(dāng)ud超過限值（如700v）時，比較器的輸出為“+”，則光藕vl輸出信號電流，再推動驅(qū)動電路,實現(xiàn)能耗制動工作狀態(tài)，當(dāng)如ud(如608v)下限值時,比較器的輸出為“一”，則光藕vl輸出無電流，這時驅(qū)動電路不工作，處于不制動工作狀態(tài)d 、保護電路-電阻rb的標稱功率比實際消耗的電功率小得多，因此電阻若通過電時間過長，必導(dǎo)致過熱損壞，所以要有熱保護，其方法有用熱繼電器，熱敏電阻，溫度開關(guān)等.7 、主要應(yīng)用場合能耗制動的不足

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

8、外因引起的不規(guī)則自動旋轉(zhuǎn)，例：風(fēng)機，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)，故起動變頻器前，先要保證拖動系統(tǒng)從零速開始起動，即先實施直流制動，到領(lǐng)速后方可起動的條件，尤其對中大型風(fēng)機更為嚴重必要。3、直流制動三個要素：a、直流制動電壓值，實質(zhì)是在設(shè)定制動轉(zhuǎn)矩的大小，顯然拖動系統(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、直流制動時間tdb, 即是向定子繞組通入直流電流的時間，它應(yīng)比實際需要的停機時間略長一些，亦可人為選擇的。c、直流制動起始頻率fdb，當(dāng)變

9、頻器的工作頻率下降到多大時開始由能耗制動轉(zhuǎn)為直流制動，這與負載對制動時間的要求有關(guān)，若并無嚴格要求情況下，fdb盡可能設(shè)定得小一些，具體圖3。d、制動全過程中可把高速段采用能耗制動，低速段采用直流制動，二者配合使用，這樣既能快速成制動，又可準確停車，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6個igbt中只要三個處于工作狀態(tài)，且這3個應(yīng)位于不同橋臂不同側(cè)。即不能均為上管或下管，其余3個一直處于關(guān)斷狀態(tài)。觸發(fā)信號的占空比可以根據(jù)調(diào)制度進行調(diào)節(jié)。b、定子二相繞組中通入直流電流圖5，這時只有2個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, 這時可能產(chǎn)生沖擊電流，出現(xiàn)過流保護跳閘現(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，對電動機運行時，因剩磁作用，產(chǎn)生不良的影響，這在國外是先例，國內(nèi)尚無的。、回饋（再生）制動：1、回饋制動概況：當(dāng)電動機功

11、率較大（100kw以上），設(shè)備轉(zhuǎn)動慣性gd2較大，且是反復(fù)短時連續(xù)工作制從高速到低速的降速幅度較大，且制動時間亦較短，在這樣使用過程中，為減少制動過程的能量損耗，將動能變?yōu)殡娔芑仞伒诫娋W(wǎng)去，以達到節(jié)能功效，只要使用能量回饋制動裝置就可。2、回饋制動條件：a、電動機從高速fh到低速fl減速過程時，頻率可突減，但因電動機的機械慣性影響使轉(zhuǎn)差su（端電壓）。b、從電動機在某一個fn運行,需要停車至fn=0,在這個過程電動機同樣出現(xiàn)發(fā)電運行狀態(tài),這進反動勢eu端電壓.c、位能(或勢能)負載,如起重機吊了重物下降時,出現(xiàn)實際轉(zhuǎn)速nn0同步轉(zhuǎn)速,這時也出現(xiàn)電動機發(fā)電運行狀態(tài),當(dāng)然eu是必然的.3、回饋制動

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,從而實現(xiàn)制動,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)容易實現(xiàn)功率的雙向流動,且具有很快的動態(tài)響應(yīng)速度,同時這樣的拓補結(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97%,經(jīng)濟效益較大,熱損耗為能耗制動的1%,現(xiàn)時不污染電網(wǎng),所以特別適用于需要頻繁制動的場合,電動機的功率亦較大,這時節(jié)電效果明顯,按運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:制動方式雙向自動電壓跟蹤控制方式反應(yīng)時間1ms以下,有多重噪聲過濾允許電網(wǎng)電壓300-460vac 45-66hz動作電壓700v dc 誤差2v滯環(huán)電壓20v制動力矩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)計工作制長期保護過熱 過電流 短路防護等級ip005、回饋制動特點:d、可廣泛應(yīng)用于pwm交流傳動的能量回饋制動場合的節(jié)能運行需要.e、回饋效率高可達97%,熱損小,僅為能耗制動的1%.f、功率因素1.g、高次諧波電流較小,對電網(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、在多電機傳動中

14、,每一單機的再生能量可以等到充分利用.j、具有較大的節(jié)電效果(與電動機的功率大小,及運行工況狀況等有關(guān)).6、主要應(yīng)用場合:能量回饋裝置系統(tǒng)具有的優(yōu)越性,遠勝過能耗制動和直流制動,所以近年來不少使用單位結(jié)合使用設(shè)備的特點,紛紛提出要求配備能量回饋裝置的要求,國外也僅有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)能耗制動及回饋制動,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.b、民用食糖-砂糖結(jié)晶用的高速分離機.c、涂料廠用的涂料混合機、攪拌機.d、塑料廠用的染色機、配料機、混合機.e、洗滌廠用的中大型清洗機、脫水機、甩干機.f、酒店、賓館、洗衣店用的洗衣、床單等清洗機.g、各專業(yè)離心機械廠中的高速離心機、分離機.h、各種傾倒設(shè)備如轉(zhuǎn)爐、鋼水包等.i、起重機械如橋式.塔式.門吊起重主吊鉤,當(dāng)重物下降時的運轉(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、化纖機械的牽伸機. -上海神源電氣有限公司- 電氣自動化高級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功能的實現(xiàn) 變