在变频调速系统中,电机的降速和停机是通过逐渐减小频率来实现的,在频率减小的瞬间,电机的同步转速随之下降,而由于机械惯性的原因,电机的转子转速未变。当同步转速小于转子转速时,转子电流的相位几乎改变了180度,电机从电动状态变为发电状态;与此同时,电机轴上的转矩变成了制动转矩,使电机的转速迅速下降,电机处于再生制动状态。电机再生的电能经续流二极管全波整流后反馈到直流电路。由于直流电路的电能无法通过整流桥回馈到电网,仅靠变频器本身的电容吸收,虽然其他部分能消耗电能,但电容仍有短时间的电荷堆积,形成“泵升电压”,使直流电压升高。过高的直流电压将使各部分器件受到损害。

  因此,对于负载处于发电制动状态中必须采取必需的措施处理这部分再生能量。处理再生能量的方法:能耗制动和回馈制动。


  能耗制动的工作方式

  能耗制动采用的方法是在变频器直流侧加放电电阻单元组件,将再生电能消耗在功率电阻上来实现制动。这是一种处理再生能量的最直接的办法,它是将再生能量通过专门的能耗制动电路消耗在电阻上,转化为热能,因此又被称为“电阻制动”,它包括制动单元和制动电阻二部分。


  制动单元

  制动单元的功能是当直流回路的电压Ud超过规定的限值时(如660V或710V),接通耗能电路,使直流回路通过制动电阻后以热能方式释放能量。制动单元可分内置式和外置式二种,前者是适用于小功率的通用变频器,后者则是适用于大功率变频器或是对制动有特殊要求的工况中。从原理上讲,二者并无区别,都是作为接通制动电阻的“开关”,它包括功率管、电压采样比较电路和驱动电路。


  制动电阻

  制动电阻是用于将电机的再生能量以热能方式消耗的载体,它包括电阻阻值和功率容量两个重要的参数。通常在工程上选用较多的是波纹电阻和铝合金电阻两种:前者采用表面立式波纹有利于散热减低寄生电感量,并选用高阻燃无机涂层,有效保护电阻丝不被老化,延长使用寿命;后者电阻器耐气候性、耐震动性,优于传统瓷骨架电阻器,广泛应用于高要求恶劣工控环境使用,易紧密安装、易附加散热器,外型美观。


  制动过程

  能耗制动的过程如下:

  能耗制动的过程如下:A、当电机在外力作用下减速、反转时(包括被拖动),电机即以发电状态运行,能量反馈回直流回路,使母线电压升高;B、当直流电压到达制动单元开的状态时,制动单元的功率管导通,电流流过制动电阻;C、制动电阻消耗电能为热能,电机的转速降低,母线电压也降低;D、母线电压降至制动单元要关断的值,制动单元的功率管截止,制动电阻无电流流过;E、采样母线电压值,制动单元重复ON/OFF过程,平衡母线电压,使系统正常运行。


  制动单元与制动电阻的选配

  A、首先估算出制动转矩

  =((电机转动惯量+电机负载测折算到电机测的转动惯量)*(制动前速度-制动后速度))/375*减速时间-负载转矩

  一般情况下,在进行电机制动时,电机内部存在一定的损耗,约为额定转矩的18%-22%左右,因此计算出的结果在小于此范围的话就无需接制动装置;

  B、接着计算制动电阻的阻值

  =制动元件动作电压值的平方/(0.1047*(制动转矩-20%电机额定转矩)*制动前电机转速)

  在制动单元工作过程中,直流母线的电压的升降取决于常数RC,R即为制动电阻的阻值,C为变频器内部电解电容的容量。这里制动 单元动作电压值一般为710V。

  C、然后进行制动单元的选择

  在进行制动单元的选择时,制动单元的工作最大电流是选择的唯一依据,其计算公式如下:

  制动电流瞬间值=制动单元直流母线电压值/制动电阻值

  D、最后计算制动电阻的标称功率

  由于制动电阻为短时工作制,因此根据电阻的特性和技术指标,我们知道电阻的标称功率将小于通电时的消耗功率,一般可用下式求得:

  制动电阻标称功率 = 制动电阻降额系数 X 制动期间平均消耗功率 X 制动使用率%


  制动特点

  能耗制动(电阻制动)的优点是构造简单,缺点是运行效率降低,特别是在频繁制动时将要消耗大量的能量,且制动电阻的容量将增大。


  MM440一起使用的制动电阻如何起到其作用

  使用制动电阻时应注意:制动周期在P1237中选择,同时应将P1240设置为0用以禁止直流电压控制器。切记!

  不然,制动单元是不工作的,所以制动电阻也不发热!

  使用直流母线电压调节器可以起到限制直流母线电压升高的效果,但是它是以牺牲制动转矩而实现的,所以要慎用;

  制动电阻的的制动周期主要是斩波器的接通时间和制动电阻的冷却时间的比,选择什么样的周期并不是特别重要,最重要的是根据你的负载需要,是重载还是清载,制动时间的长来选择。 

  值得注意的是制动电阻的功率选择不是越大越好,一定要小于2.4倍的变频器的额定功率,另要考虑续流二极管的带载能力。  

  制动电阻的阻值要不能太小,否则会烧毁变频器,在使用大全内说明了允许的最小阻值

  制动周期,其实就是电子开关的通断比。他的通断比是固定的(当你设置这个参数以后),但是实际制动时间长短,不是固定的,是随着电机制动工况变化的。也许1S完成制动,也许10S完成制动。这要看你的制动电流对直流母线充电的积累与制动单元和制动电阻放电的能力情况,决定制动单元的制动过程。

  制动周期的参数设置不是主要,主要的是选择制动电流能够满足制动要求且保证在制动过程中的直流母线电压保持相对稳定不会继续升高。 

  换句话说,制动的设计技巧是,通过对制动电阻阻值的确定和功率的确定,保证制动过程使变频器直流母线电压恒定,且电阻不因发热快速老化。至于制动周期的参数,设为5%或者100%,我认为都是可以的。它只影响制动的暂态过程,并不能左右最终的制动结果。


2014年11月07日

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