變頻器電路中的制動電路

1、變頻器電路中的制動控制電路、為嘛要采用制動電路?因慣性或某種原因，導致負載電機的轉速大于變頻器的輸出轉速時，此時電機由“電 動”狀態(tài)進入“動電”狀態(tài)，使電動機暫時變成了發(fā)電機。一些特殊機械，如礦用提升機、 卷揚機、高速電梯等，風機等，當電動機減速、制動或者下放負載重物時，因機械系統(tǒng)的位 能和勢能作用，會使電動機的實際轉速有可能超過變頻器的給定轉速，電機轉子繞組中的 感生電流的相位超前于感生電壓，并由互感作用，使定子繞組中出現(xiàn)感生電流一一容性電 流，而變頻器逆變回路IGBT兩端并聯(lián)的二極管和直流回路的儲能電容器， 恰恰提供了這一 容性電流的通路。電動機因有了容性勵磁電流，進而產(chǎn)生勵磁磁動勢，電動

2、機自勵發(fā)電， 向供電電源回饋能量。這是一個電動機將機械勢能轉變?yōu)殡娔芑仞伝仉娋W(wǎng)的過程。P、此再生能量由變頻器的逆變電路所并聯(lián)的二極管整流，饋入變頻器的直流回路，使直 流回路的電壓由530V左右上升到六、七百伏，甚至更高。尤其在大慣性負載需減速停車的 過程中，更是頻繁發(fā)生。這種急劇上升的電壓，有可能對變頻器主電路的儲能電容和逆變 模塊，造成較大的電壓和電流沖擊甚至損壞。因而制動單元與制動電阻（又稱剎車單元和 剎車電阻）常成為變頻器的必備件或首選輔助件。在小功率變頻器中，制動單元往往集成 于功率模塊內(nèi)，制動電阻也安裝于機體內(nèi)。但較大功率的變頻器，直接從直流回路引出 N端子，由用戶則根據(jù)負載運行情況

3、選配制動單元和制動電阻。一例維修實例：U、V相模塊俱已損壞，7.5kW電機試機，運行這下不敢大意了，原來變頻器的負載一臺東元7300PA 75kW變頻器，因IGBT模塊炸裂送修。檢查 驅動電路受強電沖擊也有損壞元件。將模塊和驅動電路修復后，帶 正常。即交付用戶安裝使用了。運行約一個月時間，用戶又因模塊炸裂。檢查又為兩相模塊損壞。 詢問用戶又說不大清楚。到用戶生產(chǎn)現(xiàn)場，算是弄明白了損壞的原因。為負機，因工藝要求，運行三分鐘，又需在 30秒內(nèi)停機。采用自由停車方式，現(xiàn)場做了個 試驗，因風機為大慣性負荷，電機完全停住需接近 20分鐘。為快速停車，用戶將控制參數(shù) 設置為減速停車，將減速時間設置為 30

4、秒。在減速停車過程中，電機的再生電能回饋，使 變頻器直流回路電壓異常升高，有時即跳出過電壓故障而停機。用戶往往實施故障復位后， 又強制開機。正是這種回饋電能，使直流回路電壓異常升高，超出了 IGBT的安全工作范圍, 而炸裂了。此次修復后，給用戶說明情況，增上了制動單元和制動電阻器后，變頻器投入運行, 幾年來再未發(fā)生模塊炸裂故障。此種制動方式，加快機械慣性能量的消耗，利于縮短停車進程，將電機的再生發(fā)電能 量耗散于“制動電阻”上，其工作狀態(tài)為動力制動狀態(tài)。小功率變頻器，由內(nèi)置制動開關 管和內(nèi)置制動功率電阻，根據(jù)直流回路的電壓檢測信號，直接或由CPU俞出控制指令控制制動開關管的通斷，將制動電阻并接入

5、直流回路，使直流回路的電壓增量，變?yōu)殡娮璧臒?量耗散于空氣中。、變頻器制動電路的類型:CON1002-E-P 00-01 8.6kVA 13A康沃CVF-G 3.7kW主電路模塊內(nèi)部置有制動開關管小功率變頻器機型常采用一體化模塊，制動單元和溫度檢測電路也集成在內(nèi)了。上圖Q0為制動開關管，該機器內(nèi)置1.5k80W的制動電阻一只，并預留了 P1、PB制動電阻的接 入端子，當內(nèi)置制動電阻不足將將再生能量消耗掉時，可外接輔助制動電阻，進一步加大 消耗量。因制動電阻為線繞式電阻，有一定的電感量存在，接入D8，提供Q0截止期間的續(xù)流，保護制動開關管的安全。制動控制信號的來源有二：1、由CPU根據(jù)直流回路電

6、壓檢測信號，發(fā)送制動動作指令，經(jīng)普通光耦或驅動光耦控制制動開關管的通斷。制動指令可能為脈沖信號，也可能為直流電壓信號；2、由直流回路電壓檢測電路，處理成直流開關量信號，直接控制光耦器件，進而控制 制動開關管的開通和斷開。制動開關管的控制電路如下圖:R210C209PC4+5V15CON7 103P C817V+猱1GBRnR212103N2-405臺安制動控制電路16V(tn11CPUS排C6911-C76P C92336,P C19A2 7.Nc© 4 5fR157 12R2WT13KDR15612R2WRI64103CN23制動控制脈沖5000G11/ P11 160kVA富士變

7、頻器 制動控制電路下圖為臺達VFD-A型3.7kW變頻器的制動控制電路，控制電路由獨立繞 組供電，以實現(xiàn)強、弱電隔離。從 CPU來的BRK信號，經(jīng)KPH光耦隔離與 功率放大，驅動制動開關管。B1、B2為制動電阻接入端子。臺達（中達）VFD-A型3.7kW 460V3PHASE制動控制電路三、制動單元:中、大功率變頻器，安裝空間、制動功率、現(xiàn)場運行情況不一等原因，一般不內(nèi)置制 動開關管和制動電阻，只是從直流回路引出 P、N兩個端子，供用戶外接制動單元和制動 電阻。下圖為一變頻器選配件一一制動單元的電路原理圖:VccpgR61M0.5WR751kO.5WN- (ZT130VAD1-D4 1N400

8、71tJ 20V 人 mAC380V1000u35VR13kPC1LM7815VinDGHL1電源指示Vo utC4三100u 一 一35VC5104+ 15V0Vg1e1R31M0.5WR41M0.5WR51M0.5WDW112VR810k104+ 15VR10HL2直流接入指示+ 15VN1-N3:LM324PC2TLP250D5 1N4148外接制動電阻P+蟲；RB32R 4800WJ58N1+ 15VR0kR910kR1250kR13hkM p"N3R15 n50kRP1 10k工作指示C8103A 1 NVcc 8A 2 IN+ Vo 7:Q 3 IN- Vo 6Q14 N

9、c GND d1VccC9Hh 104a R189014 IIIEe1DR15kQ2MG100Q2YS42100A1200VBaC74.7u50V電路起控點調整本制動單元的供電，是由一只380V/18V變壓器取得的，由整流、濾波、穩(wěn)壓電路取出由R3-R7構成電壓+15V的穩(wěn)壓電源，供整機控制電路。變頻器的P+、N-端子，接至制動單元的主電路和電壓檢測電路上。取樣電路，在直流電路電壓為550V時，R7約為7V電壓，穩(wěn)壓器DW2提供輸入保護，C6 濾掉引線噪聲電壓，檢測電路經(jīng) R8輸入到由運算放大器LM324的5腳，該級放大器構成 電壓跟隨輸出器。由7腳輸出的電壓檢測信號，一路經(jīng)R9加至后級電壓跟

10、隨器，驅動HL2主直流回路電壓接入指示燈；一路經(jīng)R11輸入到后級電壓比較器的10腳（同相輸入端），該級放大器的9腳（反相輸入端）接有RP1半可變電阻，接入RP1的目的，是為了克服取樣電阻網(wǎng)絡的離散性，可以精確調整制動動作值。RP1的中心臂電壓即為基準電壓,10腳電壓檢測信號與此基準電壓相比較，在因負載電機反發(fā)電能量饋回直流電路使其電壓上 升到6607（或680V）時，檢測信號電壓上為8.5V左右，因9腳基準電壓已事先調整為8.4V8腳輸出高電平,左右，該組放大器兩個輸入端信號比較的結果，使放大器的輸出反轉,HL3指示燈點亮，提示電路正在實施制動動作。HL3的電流通路正是Q1的正偏壓通路,三極管

11、Q1導通，提供了驅動IC-TLP520 （光耦型驅動IC）的輸入電流，TLP250的6/7輸 出腳輸出正的激勵電壓，經(jīng) R18直接驅動IGBT模塊。圖中Q2即為IGBT模塊，型號為MG100Q2YS42，為100A模塊。需更大的制動功率、驅動更大的IGBT模塊時，從A點接，將PC2輸出的入由兩只中、大功率三極管構成的互補式電壓跟隨器（功率放大器電路）IGBT開關模塊。激勵電流信號放大到一定幅度后，再驅動制動單元電路往往由三部分組成：1、供電電路，由降壓變壓器整流、濾波、穩(wěn)壓取得； 由功率電阻降壓、穩(wěn)壓取得；再講究一、點的，由開關電源逆變再整流、穩(wěn)壓取得。本電 路采用了第一種供電方式。2、直流電

12、路電壓檢測（采樣）電路：一般由電阻分壓網(wǎng)絡取得， 再由后級電壓比較器，取出制動動作信號，送后級IGBT模塊驅動電路。3、IGBT模塊驅動電路。往簡單處考慮，制動單元就是一個電子開關，承擔將制動電阻接入直流電路的任 務，此一電子開關用一只接觸器來取代也未嘗不可。反正開關接通時還有一只制動電阻在 電路“限著流”，開關本身的安全性還是有所保障的，只是開關的額定電流值取一定富裕量 就可以了。對于電子開關器件，當然還要考慮工作中的散熱問題。比較簡單的控制，是由 電壓比較器的輸出信號直接控制驅動IC的輸出，在直流電路電壓高到 660V時，模塊開通 （開關閉合），接入制動電阻進行“能耗制動”，當直流電路電壓

13、回落到 600V左右時，電 壓比較器輸出狀態(tài)反轉，模塊截止（開關斷開），制動動作結束。制動動作點和結束點的整 定，也不是那么嚴格和精確，各個廠家的整定值可能有一定的偏差，只要保證直流電路不 受高電壓沖擊就可以了。講究一點的驅動電路，對IGBT模塊，是采用脈沖方式驅動的，效果就要好一些了。四、另一種制動方式:上述制動方式，起到縮短剎車進程、保護IGBT及直流回路儲能電容器的作用。還有一種制動控制方式，其目的不是消耗反發(fā)電再生能量，電機負載也不一定為慣性負荷。即 將電機定子繞組通直流電，常稱為直流制動。用于要求準確停車或快速停車的情況可起動 前制止電動機由外界因素引起的不規(guī)則旋轉。由變頻器的逆變電

14、路可方便地實施直流制動 控制。1.2如某一紡織機械，停車過猛容易斷針，停車太慢容易斷線。要求減速到一定值時，秒內(nèi)柔停車。機械由變頻器拖動，設置以下參數(shù)：1、啟用直流剎車功能；2、直流剎車起始頻率，即電機運行到什么頻率下實施直流制動剎車，將起始頻率調低一些，女口8Hz，效果更佳；3、剎車給定直流電壓值，決定剎車的力量和快慢；4、剎車電壓給定時間。其中2、3、4必須依據(jù)現(xiàn)場情況，進行試驗調定。直流剎車動作時，變頻器先行中斷三相電壓輸出，后輸出直流到定子繞組，實施能耗 制動。此過程并無電機發(fā)電的再生能量饋入變頻器直流回路，所以不需加裝制動單元及制 動電阻。但若為慣性負荷，減速過程中有可能需要啟用制動單元及制動電阻。有人以為：只要是要求快速停車的場合，一概都要裝制動單元和制動電阻，這是一個 誤區(qū)。一些機械幾乎沒有什么運轉慣