变频器的电气制动

1、变频器的电气制动摘要：本文较为详细的讲述了变频器的三种电器制动方式，即有能耗制动、直流制动、回馈（再生）制动有关问题.包括制动概况、技术性能、点阻参数、制动电路驱动电路，、信号电路、应用场合、实施方法、制动条件、相关参数等。关键词:变频器制动、能耗制动、直流制动、回馈（再生）制动等。电气制动概况众所周知变频器的电气制动方法有三种：能耗制动，直流制动，回馈（再生）制动，其性能及特点如下所列： 制动方式制动力矩能量去路效果经济性适用功率适用场合及特点能耗制动80%加强式达130-350%消耗电阻上发热浪费差50kw一般要求的制动设备上制动力矩不平衡有冲击，有低速爬行可能直流制动80-100%动能变

2、电能产生制动力矩浪费差50-100kw要求平稳无冲击，停车精确，例针织、缝纫、起重、提升机、启动前先停车，例大型风机回馈（再生）制动80-150%动能变电能回馈电网回收好100kw适用离心机、清洗机等尤其高低速交叉,正反转交替高速与低速差值很大，并可四象限运转i、能耗制动1、制动概况从高速到低速（零速）-这时电气的频率变化很快，但电动机的转子带着负载（生产机械）有较大的机械惯性，不可能很快的停止，这样就产生反电势eu（端电压）电动机处于发电状态，其产生反向电压转矩与原电动状态转矩相反，而使电动机具有较强的制动力矩，迫使转子较快停下来,但由于通常变频器是交直-交主电力,ac/dc整流电路是不可逆

3、的,因此无法回馈到电网上去，结果造成主电路电容器二端电压升高，称泵升电压，当超过设定上限值电压700v时，制动回路导通，这就是制动单元的工作过程，制动电阻流过电源，从而将动能变热能消耗,电压随之下降，待到设定下限值(680v)时即断.这种制动方法属不可控，制动力矩有波动，制动时间是可人为设定的.2、技术性能制动方式自动电压跟踪方式反映时间1ms以下有多种噪声电网电压300-460v，45-66hz动作电压700v直流，误差2v滞环电压20v制动力巨通常130% ,最大150%保护过热，过电流，短路滤波器有噪声滤波器防护等级ipoo3、制动电阻计算方法:制动力矩制动电阻92%r=780/电动机k

4、w100%r=700/电动机kw110%r=650/电动机kw120%r=600/电动机kw注：电阻值越小，制动力矩越大，流过制动单元的电流越大;不可以使制动单元的工作电流大于其允许最大电流，否则要损坏器件;制动时间可人为选择;小容量变频器(7.5kw)一般是内接制动单元和制动电阻的;当在快速制动出现过电压时,说明电阻值过大来不及放电，应减少电阻值.4、电阻功率计算方法:制动性质电阻功率一般负荷w(kw)=电阻kw10频繁制动（1分钟5次以上）w(kw)=电阻kw15长时间制动（每次4分钟以上）w(kw)=电阻kw205、制动电路:对低压变频器来说其主电路模式几乎是统一的电压型，交-直-交电路

5、，它由三相桥式整流，即ac/dc，滤波电路的电容器c1及c2，制动电路由晶体管t及电阻r8和二级管z组成的主控电路，三相式逆变igbt组成为dc/ac，6、驱动电路介绍a大功率t：可用gtr或igbt均可，其主要参数选择如下击穿电压uceo=1000v即可集电极最大电流:按正常电压下，流经rb的电流二倍，即icm2ud/r其它参数如放大倍数，开关时间等军无严格要求.b驱动电路可用集成电路组成亦为可用分立元件组成图1，图中vd5-vd8上的电压将为gtr提供反向偏置，工作过程是，当光藕vl得到信号而导通时，则v1导通且饱和，v2随即导通v3截止，使gtr导通，既有制动电阻流经rb，当vl失去信号

6、而截止时，v1截止，随即v2截止，v3导通，gtr因反向偏而截止，这样多次反复将动能变电能，消耗在制动电阻rb上，以发热方式损耗.c、工作信号的取出:一般均取直流电压作信号图2。当ud超过限值（如700v）时，比较器的输出为“+”，则光藕vl输出信号电流，再推动驱动电路,实现能耗制动工作状态，当如ud(如608v)下限值时,比较器的输出为“一”，则光藕vl输出无电流，这时驱动电路不工作，处于不制动工作状态d 、保护电路-电阻rb的标称功率比实际消耗的电功率小得多，因此电阻若通过电时间过长，必导致过热损坏，所以要有热保护，其方法有用热继电器，热敏电阻，温度开关等.7 、主要应用场合能耗制动的不足

7、，是在制动过程中，随着电动机转速的下降，拖动系统动能也在减少，于是电动机的再生能力和制动转矩也在减少，所以在惯性较大的拖动系统中，常会出现在低速时停不住，而产生“爬行”现象，从而影响停车时间的延长或停位的准确性.仅适用一般负载的停车，但有较大能量损耗，停位不准确，然而电路简单，价格较低.ii、直流制动（又称dc制动）:1 、直流制动概况在步电动机定子加直流电压，此时变频器的输出频率为零，这时定子产生静止的恒定磁场，转动着的转子切割此磁场产生制动力矩，迫使电动机转子较快的停止，这样电动机存诸的动能换成电能消耗于步电动机的转子电路中.2、主要应用场合a、需要准确停车的场合b、用语阻止起动电动机由于

8、外因引起的不规则自动旋转，例：风机，由于风管的拨风造成压差，而迫使风叶的自由旋转，甚至可能反转，故起动变频器前，先要保证拖动系统从零速开始起动，即先实施直流制动，到领速后方可起动的条件，尤其对中大型风机更为严重必要。3、直流制动三个要素：a、直流制动电压值，实质是在设定制动转矩的大小，显然拖动系统惯性越大，udb值该相应大些，一般直流电压在15-20%左右的变频器额定输出电压约为60-80v，有的用制动电流的百分值，当然in额定值的，二者都可人为选择的。b、直流制动时间tdb, 即是向定子绕组通入直流电流的时间，它应比实际需要的停机时间略长一些，亦可人为选择的。c、直流制动起始频率fdb，当变

9、频器的工作频率下降到多大时开始由能耗制动转为直流制动，这与负载对制动时间的要求有关，若并无严格要求情况下，fdb尽可能设定得小一些，具体图3。d、制动全过程中可把高速段采用能耗制动，低速段采用直流制动，二者配合使用，这样既能快速成制动，又可准确停车，并防止低速爬行现象。4、定子绕组通入直流电流的方式： 一般有a、定子三相绕组中通入直流电流图4，这时6个igbt中只要三个处于工作状态，且这3个应位于不同桥臂不同侧。即不能均为上管或下管，其余3个一直处于关断状态。触发信号的占空比可以根据调制度进行调节。b、定子二相绕组中通入直流电流图5，这时只有2个位于不同桥臂不同侧的igbt处于工作状态，其余都

10、有处于关断状态。 不论上述何种电路都存在当定子绕组中通入直流电电流的方向同定子原来的电流向相反，导致发生较大的第di/dt, 这时可能产生冲击电流，出现过流保护跳闸现象，解决方法是使通入前的电压相位角要记下，通过软件方法，使通入电流前、后的电流方向的一致，这是必须的。5、一般变频器使用直流制动后，当工作完成即不再向定子绕组通直流电就完事了，没有去剩磁控制环节，但2003年西德引进的高档变频器tiger power tp2200系列，有退去剩磁控制环节，以免在正常逆变器工作时，对电动机运行时，因剩磁作用，产生不良的影响，这在国外是先例，国内尚无的。、回馈（再生）制动：1、回馈制动概况：当电动机功

11、率较大（100kw以上），设备转动惯性gd2较大，且是反复短时连续工作制从高速到低速的降速幅度较大，且制动时间亦较短，在这样使用过程中，为减少制动过程的能量损耗，将动能变为电能回馈到电网去，以达到节能功效，只要使用能量回馈制动装置就可。2、回馈制动条件：a、电动机从高速fh到低速fl减速过程时，频率可突减，但因电动机的机械惯性影响使转差su（端电压）。b、从电动机在某一个fn运行,需要停车至fn=0,在这个过程电动机同样出现发电运行状态,这进反动势eu端电压.c、位能(或势能)负载,如起重机吊了重物下降时,出现实际转速nn0同步转速,这时也出现电动机发电运行状态,当然eu是必然的.3、回馈制动

12、原理：众所周知,一般通用变压器其桥式整流电路是三相不可控的即ac/dc,因此无法实现直流回路与电源间双向能量传递,一种最有效的办法是采用有源逆变技术见图6, 即将再生电能逆变为与电网同频率,同相位的交流电回送电网见图7,从而实现制动,从图7可知它采用了电流追踪型pwm整流器组成方式,这样应容易实现功率的双向流动,且具有很快的动态响应速度,同时这样的拓补结构使得我们能够完全能够完全控制交流电侧和直流侧之间的无功和有功的交换,且效率可高达97%,经济效益较大,热损耗为能耗制动的1%,现时不污染电网,所以特别适用于需要频繁制动的场合,电动机的功率亦较大,这时节电效果明显,按运行的工况条件不同平均约有

13、20%的省电效果.4、技术性能:制动方式双向自动电压跟踪控制方式反应时间1ms以下,有多重噪声过滤允许电网电压300-460vac 45-66hz动作电压700v dc 误差2v滞环电压20v制动力矩150%回馈方式正弦波电流方式电流畸度5%以下内置电抗器有内置噪声滤波有设计工作制长期保护过热 过电流 短路防护等级ip005、回馈制动特点:d、可广泛应用于pwm交流传动的能量回馈制动场合的节能运行需要.e、回馈效率高可达97%,热损小,仅为能耗制动的1%.f、功率因素1.g、高次谐波电流较小,对电网的污染较小,具有绿色环保的美称.h、节省投资,易于控制电源侧的谐波和无功分量.i、在多电机传动中

14、,每一单机的再生能量可以等到充分利用.j、具有较大的节电效果(与电动机的功率大小,及运行工况状况等有关).6、主要应用场合:能量回馈装置系统具有的优越性,远胜过能耗制动和直流制动,所以近年来不少使用单位结合使用设备的特点,纷纷提出要求配备能量回馈装置的要求,国外也仅有abb、西门子、富士、安川、芬兰vacon等少数不多的公司能提供产品,国内几乎空白,而深圳加能电子公司采用加拿大技术,近年来生产的专门从事变频制动装置制造各应用,还有深圳英威腾电气有限公司亦生产能耗制动及回馈制动,这样为广大用户提供极大的使用方便,具体用在以下行业的设备上,在使用中更为迫切.例如”a、制药厂内的葡萄糖结晶用的高速分离机.b、民用食糖-砂糖结晶用的高速分离机.c、涂料厂用的涂料混合机、搅拌机.d、塑料厂用的染色机、配料机、混合机.e、洗涤厂用的中大型清洗机、脱水机、甩干机.f、酒店、宾馆、洗衣店用的洗衣、床单等清洗机.g、各专业离心机械厂中的高速离心机、分离机.h、各种倾倒设备如转炉、钢水包等.i、起重机械如桥式.塔式.门吊起重主吊钩,当重物下降时的运转状态/j、一切高承载的输送带k、矿井中的吊笼(载人或装料),斜井矿车.l、各种闸门的启用装置.m、造纸的纸辊电机、化纤机械的牵伸机. -上海神源电气有限公司- 电气自动化高级工程师张选正主要参考资料:陈辉等 电压型通用变频器中制动功能的实现 变