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一、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(zhuǎn)速大于變頻器的輸出轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速有可能超過變頻器的給定轉(zhuǎn)速，電機轉(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，電動機自勵發(fā)電，向供

2、電電源回饋能量。這是一個電動機將機械勢能轉(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P、N端子，由用戶則根據(jù)負載運行情況選配制動單元和制動電阻。一例維

3、修實例：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)動電路受強電沖擊也有損壞元件。將模塊和驅(qū)動電路修復后，帶7.5kW電機試機，運行正常。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。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。原來變頻器的負載為負機，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秒。在減速停車過程中，電機的再生電能回饋，使變

4、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輸出控制指令控制制動開關管的通斷，將制動電阻并接入直流回路，使直流回路的電壓增量，變?yōu)殡娮璧臒崃亢纳⒂诳諝庵小?/p>

5、二、變頻器制動電路的類型： 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，

6、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： 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(qū)動制動開關管。B1、B2為制動電阻接入端子。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制動單元的電路原理圖： 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+15V的穩(wěn)壓電源，

7、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。由R3-R7構成電壓取樣電路，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電壓，10腳電

8、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660V（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(diào)整為8.4V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(zhuǎn)，8腳輸出高電平，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Q1導通，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，從A點接

9、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），將PC2輸出的激勵電流信號放大到一定幅度后，再驅(qū)動IGBT開關模塊。 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(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

10、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(qū)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”，當直流電路電壓回落到600V左右時，電壓比較器輸出狀態(tài)反轉(zhuǎn)，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(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

11、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(zhuǎn)。由變頻器的逆變電路可方便地實施直流制動控制。 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，1.2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(diào)低一些，如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(diào)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(zhuǎn)慣性，電機一停，機械就不動了。采用常規(guī)的自由停車控制就可以了。變頻器的輸出一停，機械也就馬上停下來了嘛。大慣性機械，如對停機時間無要求，一