變頻器的制動方式變頻器變頻器，制動，能耗資訊,說明書，維修工控商務網為您提供最專業的變頻器資訊、報價、說明書、維修、使用常識2008-10-23來源：Internet瀏覽：146 一、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，但電動機的轉子帶著負載（生產機械）有較大的機械慣性，不可能很快的停止，這樣就產生反電勢EU（端電壓）電動機處于發電狀態，其產生反向電壓轉矩與原電動狀態轉矩相反，而使電動機具有較強的制動力矩，迫使轉子較快停下來,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上去，結果造成主電路電容器二端電壓升高，稱泵升電壓，當超過設定上限值電壓700V時，制動回路導通，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定的. 2、技術性能 制動方式 自動電壓跟蹤方式 反映時間 1ms以下有多種噪聲 電網電壓 300-460V，45-66Hz 動作電壓 700V直流，誤差2V 滯環電壓 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 IPOO 3、制動電阻計算方法: 制動力矩 制動電阻 92% R=780/電動機KW 100% R=700/電動機KW 110% R=650/電動機KW 120% 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)一般是內接制動單元和制動電阻的;當在快速制動出現過電壓時,說明電阻值過大來不及放電，應減少電阻值.4、電阻功率計算方法: 制動性質 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KW20 5、制動電路: 對低壓變頻器來說其主電路模式幾乎是統一的電壓型，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、驅動電路介紹 A大功率T：可用GTR或IGBT均可，其主要參數選擇如下 擊穿電壓UCEO=1000V即可 集電極最大電流:按正常電壓下，流經RB的電流二倍，即ICM2UD/R 其它參數如放大倍數，開關時間等軍無嚴格要求. B驅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，當光藕VL得到信號而導通時，則V1導通且飽和，V2隨即導通V3截止，使GTR導通，既有制動電阻流經RB，當VL失去信號而截止時，V1截止，隨即V2截止，V3導通，GTR因反向偏而截止，這樣多次反復將動能變電能，消耗在制動電阻RB上，以發熱方式損耗. 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，再推動驅動電路,實現能耗制動工作狀態，當如UD如608V)下限值時,比較器的輸出為“一”，則光藕VL輸出無電流，這時驅動電路不工作，處于不制動工作狀態 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，溫度開關等. 7 、主要應用場合 能耗制動的不足，是在制動過程中，隨著電動機轉速的下降，拖動系統動能也在減少，于是電動機的再生能力和制動轉矩也在減少，所以在慣性較大的拖動系統中，常會出現在低速時停不住，而產生“爬行”現象，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. 二、能耗制動的工作方式 能耗制動采用的方法是在變頻器直流側加放電電阻單元組件，將再生電能消耗在功率電阻上來實現制動。這是一種處理再生能量的最直接的辦法，它是將再生能量通過專門的能耗制動電路消耗在電阻上，轉化為熱能，因此又被稱為“電阻制動”，它包括制動單元和制動電阻二部分。 1. 制動單元 制動單元的功能是當直流回路的電壓Ud超過規定的限值時（如660V或710V），接通耗能電路，使直流回路通過制動電阻后以熱能方式釋放能量。制動單元可分內置式和外置式二種，前者是適用于小功率的通用變頻器，后者則是適用于大功率變頻器或是對制動有特殊要求的工況中。從原理上講，二者并無區別，都是作為接通制動電阻的“開關”，它包括功率管、電壓采樣比較電路和驅動電路。 2. 制動電阻 制動電阻是用于將電機的再生能量以熱能方式消耗的載體，它包括電阻阻值和功率容量兩個重要的參數。通常在工程上選用較多的是波紋電阻和鋁合金電阻兩種：前者采用表面立式波紋有利于散熱減低寄生電感量，并選用高阻燃無機涂層，有效保護電阻絲不被老化，延長使用壽命；后者電阻器耐氣候性、耐震動性，優于傳統瓷骨架電阻器，廣泛應用于高要求惡劣工控環境使用，易緊密安裝、易附加散熱器，外型美觀。 3. 制動過程 能耗制動的過程如下：A、當電機在外力作用下減速、反轉時（包括被拖動），電機即以發電狀態運行，能量反饋回直流回路，使母線電壓升高；B、當直流電壓到達制動單元開的狀態時，制動單元的功率管導通，電流流過制動電阻；C、制動電阻消耗電能為熱能，電機的轉速降低，母線電壓也降低；D、母線電壓降至制動單元要關斷的值，制動單元的功率管截止，制動電阻無電流流過；E、采樣母線電壓值，制動單元重復ON/OFF過程，平衡母線電壓，使系統正常運行。 4. 安裝要求 制動單元與變頻器之間，以及制動單元與電阻之間的配線距離要盡可能短（線長在2m以下），導線要足夠粗； 制動單元在工作時，電阻將大量發熱，應此要充分注意散熱，并使用耐熱導線，導線請勿觸及電阻器； 放電功率電阻應使用絕緣擋片固定牢固，安裝位置要確保良好散熱，建議電阻器安裝在電控柜頂部。 5. 制動單元與制動電阻的選配 A、首先估算出制動轉矩 一般情況下，在進行電機制動時，電機內部存在一定的損耗，約為額定轉矩的18%-22%左右，因此計算出的結果在小于此范圍的話就無需接制動裝置； B、接著計算制動電阻的阻值 在制動單元工作過程中，直流母線的電壓的升降取決于常數RC，R即為制動電阻的阻值，C為變頻器內部電解電容的容量。這里制動 單元動作電壓值一般為710V。 C、然后進行制動單元的選擇 在進行制動單元的選擇時，制動單元的工作最大電流是選擇的唯一依據，其計算公式如下： D、最后計算制動電阻的標稱功率 由于制動電阻為短時工作制，因此根據電阻的特性和技術指標，我們知道電阻的標稱功率將小于通電時的消耗功率，一般可用下式求得： 制動電阻標稱功率 = 制動電阻降額系數 X 制動期間平均消耗功率 X 制動使用率% 6. 制動特點 能耗制動（電阻制動）的優點是構造簡單，缺點是運行效率降低，特別是在頻繁制動時將要消耗大量的能量，且制動電阻的容量將增大。 三、共用直流母線方式的回饋制動 對于頻繁啟動、制動，或是四象限運行的電機而言，如何處理制動過程不僅影響系統的動態響應，而且還有經濟效益的問題。于是，回饋制動成為人們討論的焦點，然而在目前大部分的通用變頻器還不能通過單獨的一臺變頻器來實現再生能量的情況下，如何用最簡單的辦法來實現回饋制動呢？ 為解決以上問題，這里介紹了一種共用直流母線方式的再生能量回饋系統，通過這種方式，它可以將制動產生的再生能量進行充分利用，從而起到既節約電能又處理再生電能的功效。 1. 工作原理 我們知道通常意義上的異步電機多傳動包括整流橋、直流母線供電回路、若干個逆變器，其中電機需要的能量是以直流方式通過PWM逆變器輸出。在多傳動方式下，制動時感生能量就反饋到直流回路。通過直流回路，這部分反饋能量就可以消耗在其他處在電動狀態的電機上，制動要求特別高時，只需要在共用母線上并上一個共用制動單元即可。 在實際的應用中，多傳動的系統造價高、品牌少，也往往使用在鋼鐵、造紙等高端市場。以此參照到眾多的制動小系統應用，也不失為一種效率好、節能高的制動方式。 處于電動狀態的電機M1上的變頻器VF1端，而VF2則通過共用直流母線方式與VF1的母線相連。在此種方式下，VF2僅做為逆變器在使用，M2處于電動時，所需能量由交流電網通過VF1的整流橋獲得；M2處于發電時，反饋能量通過直流母線由M2的電動狀態消耗。 2. 應用范圍 共用直流母線的制動方式可典型應用于造紙機械、印刷機械、離心分離機以及系統驅動等。在這些應用中，有一個共同的特點：即處于發電狀態的M2的容量遠遠小于處于電動狀態的M1的容量，而且當M1的電動狀態停止時（即變頻器VF1待機），M2的發電狀態隨即轉為電動狀態。這樣，直流母線電壓就不會快速升高，系統始終處于比較穩定的狀態。 這里以離心機為例進行應用說明。過濾式螺旋卸料離心機，在全速下連續進料、連續卸料，自動完成進料、分離、洗滌、卸料等工序。離心機的核心是過濾型轉鼓，利用主機和副機的差轉速來控制卸料速度，并實現無人安全操作。在處理過程中，主機始終處于電動狀態，而副機則由于轉速差的作用，基本上處于發電狀態。主機和副機功率通常為22KW和5.5KW、30KW和7.5KW、45KW和11KW等4:1匹配，符合本節闡述的工作方式。為考慮到副機供電也是由主機變頻器的整流橋提供，因此必須考慮到VF1的整流橋的額定電流（不同的變頻器廠商其整流橋規格不一樣），以此來決定VF1的選型。VF2的選型必須考慮到能夠屏蔽輸入缺相功能的變頻器。應用本制動方式后，離心機不僅效率提高，而且節能效果好、運行平穩、維護簡單。 3. 制動特點 采用共用直流母線的制動方式，具有以下顯著的特點： a. 共用直流母線和共用制動單元，可以大大減少整流器和制動單元的重復配置，結構簡單合理，經濟可靠。 b. 共用直流母線的中間直流電壓恒定，電容并聯儲能容量大； c. 各電動機工作在不同狀態下，能量回饋互補，優化了系統的動態特性； d. 提高系統功率因數，降低電網諧波電流，提高系統用電效率。 在生產工況中，我們往往又會碰到另外一個問題：如何真正實現從電機到直流母線、再從直流母線到交流電網的能量回饋呢？由于通用變頻器一般采用不可控整流橋，因此必須采取其他的控制方式來實現。 四、其他制動方式 1. 工作原理 要實現直流回路與電源間的雙向能量傳遞，一種最有效的辦法就是采用有源逆變技術：即將再生電能逆變為與電網同頻率同相位的交流電回送電網，從而實現制動。圖四所示為回饋電網制動原理圖，它采用了電流追蹤型PWM整流器，這樣就容易實現功率的雙向流動，且具有很快的動態響應速度。同時，這樣的拓撲結構使得我們能夠完全控制交流側和直流側之間的無功和有功的交換。 2. 制動特點 a.廣泛應用于PWM交流傳動的能量回饋制動場合，節能運行效率高； b.不產生任何異常的高次諧波電流成分，綠色環保； c.功率因數1； d.多電機傳動系統中，每一單機的再生能量可以得到充分利用； e.節省投資，易于控制網側諧波和無功分