變頻器電路中的制動電路

1、變頻器電路中的制動電路作者:日期:變頻器電路中的制動控制電路一、為嘛要米用制動電路？因慣性或某種原因，導(dǎo)致負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)速大于變頻器的輸出轉(zhuǎn)速時(shí)，此時(shí)電機(jī)由“電 動”狀態(tài)進(jìn)入“動電”狀態(tài)，使電動機(jī)暫時(shí)變成了發(fā)電機(jī)。一些特殊機(jī)械，如礦用提升機(jī)、 卷揚(yáng)機(jī)、高速電梯等，風(fēng)機(jī)等，當(dāng)電動機(jī)減速、制動或者下放負(fù)載重物時(shí)，因機(jī)械系統(tǒng)的位 能和勢能作用，會使電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速有可能超過變頻器的給定轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)因有了容性勵(lì)

2、磁電流，進(jìn)而產(chǎn)生勵(lì)磁磁動勢，電動機(jī)自勵(lì)發(fā)電， 向供電電源回饋能量。這是一個(gè)電動機(jī)將機(jī)械勢能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芑仞伝仉娋W(wǎng)的過程。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(fù)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(jī)體內(nèi)。但較大功率的變頻器，直接從直流回路引出P、N

3、端子，由用戶則根據(jù)負(fù)載運(yùn)行情況選配制動單元和制動電阻。一例維修實(shí)例：一臺東元7300PA 75kW變頻器，因IGBT模塊炸裂送修。檢查U、V相模塊俱已損壞， 驅(qū)動電路受強(qiáng)電沖擊也有損壞元件。將模塊和驅(qū)動電路修復(fù)后，帶7.5kW電機(jī)試機(jī)，運(yùn)行正常。即交付用戶安裝使用了。運(yùn)行約一個(gè)月時(shí)間，用戶又因模塊炸裂。檢查又為兩相模塊損壞。這下不敢大意了， 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。原來變頻器的負(fù)載 為負(fù)機(jī)，因工藝要求，運(yùn)行三分鐘，又需在 30秒內(nèi)停機(jī)。采用自由停車方式，現(xiàn)場做了個(gè) 試驗(yàn)，因風(fēng)機(jī)為大慣性負(fù)荷，電機(jī)完全停住需接近 20分鐘。為快速停車，用戶將控制參數(shù) 設(shè)置為減

4、速停車，將減速時(shí)間設(shè)置為 30秒。在減速停車過程中，電機(jī)的再生電能回饋，使 變頻器直流回路電壓異常升高，有時(shí)即跳出過電壓故障而停機(jī)。用戶往往實(shí)施故障復(fù)位后， 又強(qiáng)制開機(jī)。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(fù)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(yùn)行， 幾年來再未發(fā)生模塊炸裂故障。此種制動方式，加快機(jī)械慣性能量的消耗，利于縮短停車進(jìn)程，將電機(jī)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(guān) 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

5、開關(guān)管的通斷，將制動電阻并接入直流回路，使直流回路的電壓增量，變?yōu)殡娮璧臒?量耗散于空氣中。二、變頻器制動電路的類型：RSEQ2D102S470u400V x2100k2W x2TR4EUGU1k5PBoQ1D5D6RXG28I'-rfrr IDKD*R45R44N U-l P68R10W2 p.D3D4D1D2mC55PA-1A-C P1 PB模塊溫度檢測丕D8EVGVc3T機(jī)殼BSM15GP120CON1EWGWD1-r'UVWHCT2D12D1C3R42aCON#rGZE/y/zHCT1U CSNE151 -10021 9 822Q4VC4002-E-P00-01 8.6

6、kVA 13A康沃CVF-G 3.7kW主電路模塊內(nèi)部置有制動開關(guān)管小功率變頻器機(jī)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(guān)管，該機(jī)器內(nèi)置1.5k80W的制動電阻一只，并預(yù)留了 P1、PB制動電阻的接 入端子，當(dāng)內(nèi)置制動電阻不足將將再生能量消耗掉時(shí)，可外接輔助制動電阻，進(jìn)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(hù)制動開關(guān)管的安全。制動控制信號的來源有二：1、由CPU根據(jù)直流回路電壓檢測信號，發(fā)送制動動作指令，經(jīng)普通光耦或驅(qū)動光耦控制制動開關(guān)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

7、回路電壓檢測電路，處理成直流開關(guān)量信號，直接控制光耦器件，進(jìn)而控制 制動開關(guān)管的開通和斷開。制動開關(guān)管的控制電路如下圖：R210C209+5V15*-C0N7-jt1 一103PC4尹匚PC817V+R211 47RT2D19C33 330u 25VN2-405臺安制動控制電路ZD8C32 占220u 亠35V CPU插排16V丄ZD1R305012W221C69NcR143 5601PC19C76PC923R156 12R2WT13KD452 736R157T2012R2WLDriR212103TECN23制動控制脈沖R161035000G11/P11 160kVA富士變頻器 制動控制電路下

8、圖為臺達(dá)VFD-A型3.7kW變頻器的制動控制電路，控制電路由獨(dú)立繞 組供電，以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)、弱電隔離。從 CPU來的BRK信號，經(jīng)KPH光耦隔離與 功率放大，驅(qū)動制動開關(guān)管。B1、B2為制動電阻接入端子。RSTDTB1DB35-16+B1外接制動電阻DD4丕DFUSE1KLM-30DRL1-2OZ-SS-112LM112VDC 16A240VACDRBB2DA7R10W 22JBDC1 -SGW15N120DR34752DC3680u400VDCx4DC18 DC33DR30331u V704 5臺達(dá)（中達(dá)）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

9、裝空間、制動功率、現(xiàn)場運(yùn)行情況不一等原因，一般不內(nèi)置制動開關(guān)管和制動電阻，只是從直流回路引出P、N兩個(gè)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：VccT130VAPC1LM7815P+ -* R31M0.5WR41M0.5WR51M0.5WR61M0.5WR751k0.5WN-DW112V0AC380VD1-D41N40071320V41000u35VN1 -N3:LM324C6104VinDNGVo ut+ 15VHL1電源指示C4 上_L C5100uT 10435VR9R1210k50k+ 15V3R132k+ 15VC74.7u50VRP1 10

10、k0V直流接入指示HL2D51N4148工作指示HL3w-R1550k電路起控點(diǎn)調(diào)整+ 15VR17750RC8g1e1制動功率加大時(shí),附加功放電路Vcc外接制動電阻p+ 本制動單兀的供電，是由一只380V/18V變壓器取得的，由整流、濾波、穩(wěn)壓電路取出 +15V的穩(wěn)壓電源，供整機(jī)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。由R3-R7構(gòu)成電壓取樣電路，在直流電路電壓為550V時(shí)，R7約為7V電壓，穩(wěn)壓器DW2提供輸入保護(hù)，C6 濾掉引線噪聲電壓，檢測電路經(jīng) R8輸入到由運(yùn)算放大器LM324的5腳，該級放大器構(gòu)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

11、加至后級電壓跟隨器，驅(qū)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(luò)的離散性，可以精確調(diào)整制動動作值。RP1的中心臂電壓即為基準(zhǔn)電壓，10腳電壓檢測信號與此基準(zhǔn)電壓相比較，在因負(fù)載電機(jī)反發(fā)電能量饋回直流電路使其電壓上 升到660V（或680V）時(shí)，檢測信號電壓上為8.5V左右，因9腳基準(zhǔn)電壓已事先調(diào)整為 8.4V 左右，該組放大器兩個(gè)輸入端信號比較的結(jié)果，使放大器的輸出反轉(zhuǎn)，8腳輸出高電平，HL3指示燈點(diǎn)亮，提示電路正在實(shí)施制動動作。HL3的電流通路正是

12、Q1的正偏壓通路，三極管Q1導(dǎo)通，提供了驅(qū)動IC-TLP520 （光耦型驅(qū)動IC）的輸入電流，TLP250的6/7輸 出腳輸出正的激勵(lì)電壓，經(jīng) R18直接驅(qū)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(qū)動更大的 IGBT模塊時(shí)，從A點(diǎn)接 入由兩只中、大功率三極管構(gòu)成的互補(bǔ)式電壓跟隨器（功率放大器電路），將PC2輸出的激勵(lì)電流信號放大到一定幅度后，再驅(qū)動 IGBT開關(guān)模塊。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(diǎn)的，由開關(guān)電源逆變再整流、穩(wěn)壓取得。本電 路

13、采用了第一種供電方式。2、直流電路電壓檢測（采樣）電路：一般由電阻分壓網(wǎng)絡(luò)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(qū)動電路。3、IGBT模塊驅(qū)動電路。往簡單處考慮，制動單元就是一個(gè)電子開關(guān)，承擔(dān)將制動電阻接入直流電路的任 務(wù)，此一電子開關(guān)用一只接觸器來取代也未嘗不可。反正開關(guān)接通時(shí)還有一只制動電阻在 電路“限著流”，開關(guān)本身的安全性還是有所保障的，只是開關(guān)的額定電流值取一定富裕量 就可以了。對于電子開關(guān)器件，當(dāng)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(qū)動 IC的輸出，在直流電路電壓高到 660V時(shí)，模塊開通 （開關(guān)閉合），接入制動電

14、阻進(jìn)行“能耗制動”，當(dāng)直流電路電壓回落到 600V左右時(shí)，電 壓比較器輸出狀態(tài)反轉(zhuǎn)，模塊截止（開關(guān)斷開），制動動作結(jié)束。制動動作點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)的整 定，也不是那么嚴(yán)格和精確，各個(gè)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(diǎn)的驅(qū)動電路，對IGBT模塊，是采用脈沖方式驅(qū)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(jìn)程、保護(hù)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(jī)負(fù)載也不一定為慣性負(fù)荷。即 將電機(jī)定子繞組通直流電，常稱為直流制動。用于要求準(zhǔn)確停車或快速停車的情況可起動 前制止電動機(jī)由外界因素

15、引起的不規(guī)則旋轉(zhuǎn)。由變頻器的逆變電路可方便地實(shí)施直流制動 控制。如某一紡織機(jī)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(shí)，1.2秒內(nèi)柔停車。機(jī)械由變頻器拖動，設(shè)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(jī)運(yùn)行到什么頻率下實(shí)施直流制動剎車，將起始頻率調(diào)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(shí)間。其中2、3、4必須依據(jù)現(xiàn)場情況，進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)定。直流剎車動作時(shí)，變頻器先行中斷三相電壓輸出，后輸出直流到定子繞組，實(shí)施能耗 制動。此過程并無電機(jī)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(fù)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(gè)