變頻器的電氣制動

1、變頻器的電氣制動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(diǎn)如下所列： 制動方式 制動力矩 能量去路 效果 經(jīng)濟(jì)性 適用功率 適用場合及特點(diǎn)能耗制動 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% 動能變電能產(chǎn)生制動力矩 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)、啟動前先停車，例大型風(fēng)機(jī)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(jī)、清洗機(jī)等尤其高低速交叉,正反

2、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1、制動概況從高速到低速（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EU（端電壓）電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，其產(chǎn)生反向電壓轉(zhuǎn)矩與原電動狀態(tài)轉(zhuǎn)矩相反，而使電動機(jī)具有較強(qiáng)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(68

3、0V)時(shí)即斷.這種制動方法屬不可控，制動力矩有波動，制動時(shí)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(shí)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(hù) 過熱，過電流，短路濾波器 有噪聲濾波器防護(hù)等級 IPOO3、制動電阻計(jì)算方法:制動力矩 制動電阻92% R=780/電動機(jī)KW100% R=700/電動機(jī)KW110% R=650/電動機(jī)KW120% R=600/電動機(jī)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，

4、否則要損壞器件;制動時(shí)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(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:制動性質(zhì) 電阻功率一般負(fù)荷 W(Kw)=電阻KW10頻繁制動（1分鐘5次以上） W(Kw)=電阻KW15長時(shí)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，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

5、GTR或IGBT均可，其主要參數(shù)選擇如下?lián)舸╇妷篣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(shí)，則V1導(dǎo)通且飽和，V2隨即導(dǎo)通V3截止，使GTR導(dǎo)通，既有制動電阻流經(jīng)RB，當(dāng)VL失去信號而截止時(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

6、超過限值（如700V）時(shí)，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(shí)現(xiàn)能耗制動工作狀態(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)動電路不工作，處于不制動工作狀態(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，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)用場合能耗制動的不足，是在制動過程中，隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)速的下降，拖動系統(tǒng)動能也在減少，于是電動機(jī)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(shí)停不住，而產(chǎn)生“爬行”現(xiàn)象，從而影響停

7、車時(shí)間的延長或停位的準(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，然而電路簡單，價(jià)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(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，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(jī)轉(zhuǎn)子較快的停止，這樣電動機(jī)存諸的動能換成電能消耗于步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中.2、主要應(yīng)用場合A、需要準(zhǔn)確停車的場合B、用語阻止起動電動機(jī)由于外因引起的不規(guī)則自動旋轉(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)，故起動變頻器前，先要保證拖動系統(tǒng)從零速開始起動，即先實(shí)施直流制動，到領(lǐng)速后方可起動的條件

8、，尤其對中大型風(fēng)機(jī)更為嚴(yán)重必要。3、直流制動三個(gè)要素：A、 直流制動電壓值，實(shí)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(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)間略長一些，亦可人為選擇的。C、 直流制動起始頻率fDB，當(dāng)變頻器的工作頻率下降到多大時(shí)開始由能耗制動轉(zhuǎn)為直流制動，這與負(fù)載對制動時(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、 制動全過程中可把高速段采用能耗

9、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(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

10、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(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)，對電動機(jī)運(yùn)行時(shí)，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(jī)功率較大（100KW以上），設(shè)備轉(zhuǎn)動慣性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，且制動時(shí)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?/p>

11、能回饋到電網(wǎng)去，以達(dá)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(jī)從高速fH到低速fL減速過程時(shí)，頻率可突減，但因電動機(jī)的機(jī)械慣性影響使轉(zhuǎn)差SU（端電壓）。B、 從電動機(jī)在某一個(gè)fN運(yùn)行,需要停車至fN=0,在這個(gè)過程電動機(jī)同樣出現(xiàn)發(fā)電運(yùn)行狀態(tài),這進(jìn)反動勢EU端電壓.C、 位能(或勢能)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)電動機(jī)發(fā)電運(yùn)行狀態(tài),當(dāng)然EU是必然的.3、回饋制動原理：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

12、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,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,且具有很快的動態(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的場合,電動機(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(shí)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 700

13、V 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(jì)工作制 長期保護(hù) 過熱 過電流 短路防護(hù)等級 IP005、回饋制動特點(diǎn):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(yùn)行需要.E、 回饋效率高可達(dá)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(jī)傳動中,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(diǎn),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(jī).B、民用食糖-砂糖結(jié)晶用的高速分離機(jī).C、涂料廠用