对于变频器的制动技术分析解读

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对于变频器的制动技术分析解读（通用3篇）

篇1：对于变频器的制动技术分析解读

对于变频器的制动技术分析

论文关键词：变频制动新技术

论文摘要：在通用变频器、异步电动机和机械负载所组成的变频调速传统系统中，当电动机所传动的位能负载下放时，电动机将可能处于再生发电制动状态；或当电动机从高速到低速（含停车）减速时，频率可以突减，但因电机的机械惯性，电机可能处于再生发电状态，传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过逆变器的六个续流二极管回送到变频器的直流回路中。此时的逆变器处于整流状态。这时，如果变频器中没采取消耗能量的措施，这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升。如果当制动过快或机械负载为提升机类时，这部分能量就可能对变频器带来损坏。

一、引言

在通用变频器、异步电动机和机械负载所组成的变频调速传统系统中，当电动机所传动的位能负载下放时，电动机将可能处于再生发电制动状态；或当电动机从高速到低速（含停车）减速时，频率可以突减，但因电机的机械惯性，电机可能处于再生发电状态，传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过逆变器的六个续流二极管回送到变频器的直流回路中。此时的逆变器处于整流状态。这时，如果变频器中没采取消耗能量的措施，这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升。如果当制动过快或机械负载为提升机类时，这部分能量就可能对变频器带来损坏，所以这部分能量我们就应该考虑考虑了。

在通用变频器中，对再生能量最常用的处理方式有两种：(1)、耗散到直流回路中人为设置的与电容器并联的“制动电阻”中，称之为动力制动状态；(2)、使之回馈到电网，则称之为回馈制动状态（又称再生制动状态）。还有一种制动方式，即直流制动，可以用于要求准确停车的情况或起动前制动电机由于外界因素引起的不规则旋转。

在书籍、刊物上有许多专家谈论过有关变频器制动方面的设计与应用，尤其是近些时间有过许多关于“能量回馈制动”方面的文章。今天，笔者提供一种新型的制动方法，它具有“回馈制动”的四象限运转、运行效率高等优点，也具有“能耗制动”对电网无污染、可靠性高等好处。

二、能耗制动

利用设置在直流回路中的制动电阻吸收电机的再生电能的方式称为能耗制动。

其优点是构造简单；对电网无污染（与回馈制动作比较），成本低廉；缺点是运行效率低，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。

一般在通用变频器中，小功率变频器（22kW以下）内置有了刹车单元，只需外加刹车电阻。大功率变频器（22kW以上）就需外置刹车单元、刹车电阻了。

三、回馈制动

实现能量回馈制动就要求电压同频同相控制、回馈电流控制等条件。它是采用有源逆变技术，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，从而实现制动。回馈制动的优点是能四象限运行,如图3所示，电能回馈提高了系统的效率。其缺点是：(1)、只有在不易发生故障的稳定电网电压下（电网电压波动不大于10%），才可以采用这种回馈制动方式。因为在发电制动运行时，电网电压故障时间大于2ms，则可能发生换相失败，损坏器件。对电网有谐波污染。(3)、控制复杂，成本较高。、在回馈时，(2)

篇2：对于变频器的制动技术分析解读

一、《CDBR-4030C制动单元》主电路图

《CDBR-4030C制动单元》主电路图说

因惯性或某种原因，导致负载电机的转速大于变频器的输出转速时，此时电机由“电动”状态进入“动电”状态，使电动机暂时变成了发电机。负载电机的反发电能量，又称为再生能量。

一些特殊机械，如矿用提升机、卷扬机、高速电梯等，当电动机减速、制动或者下放负载重物时（普通大惯性负荷，减速停车过程），因机械系统的位能和势能作用，会使变频器的实际转速有可能超过变频器的给定转速，电机绕组中的感生电流的相位超前于感生电压，出现了容性电流，而变频器逆变回路IGBT两端并联的二极管和直流回路的储能电容器，恰恰提供了这一容性电流的通路。电动机因有了容性励磁电流，进而产生励磁磁动势，电动机自励发电，向供电电源回馈能量。这是一个电动机将机械势能转变为电能回馈回电网的过程。

此再生能量由变频器的逆变电路所并联的二极管整流，馈入变频器的直流回路，使直流回路的电压由530V左右上升到六、七百伏，甚至更高。尤其在大惯性负载需减速停车的过程中，更是频繁发生。这种急剧上升的电压，有可能对变频器主电路的储能电容和逆变模块，造成较大的电压和电流冲击甚至损坏。因而制动单元与制动电阻（又称刹车单元和刹车电阻）常成为变频器的必备件或首选辅助件。在小功率变频器中，制动单元往往集成于功率模块内，制动电阻也安装于机体内。但较大功率的变频器，则根据负载运行情况选配制动单元和制动电阻，CDBR-4030C制动单元，即是变频器的辅助配置之一。

先不管具体电路，我们可先从控制原理设想一下。所谓制动单元，就是一个电子开关（IGBT模块），接通时将制动电阻（RB）接入变频器的直流回路，对电机的反发电能量进行快速消耗（转化为热量耗散于环境空气中），以维持直流回路的电压在容许值以内。有一个直流电压检测电路，输出一个制动动作信号，来控制电子开关的通和断。从性能上讲，变频器直流回路电压上升到某值（如660V或680V）后，开关接通将制动电阻RB接入电路，一直至电压降至620V（或620V）以下，开关再断开，也是可行的。反正制动单元有RB的限流作用，并无烧毁的危险。若将其性能再优化一点的话，则由电压检测电路控制一个压/频（或电压/脉冲宽度）转换电路，进而控制制动单元中IGBT模块的通断。直流回路的电压较高时，制动单元工作频率高或导通周期长，电压低时，则相反。此种脉冲式制动比起直接通断式制动，性能上要优良多了。再加上对IGBT模块的过流保护和散热处理，那么这应是一款性能较为优良的制动单元电路了。

CDBR-4030C制动单元，从结构和性能上不是很优化，但实际应用的效果也还可以。内部电子开关是一只双管IGBT模块，上管的栅、射极短接未用，只用了下管，当然有些浪费，用单管的IGBT模块就可以的呀。保护电路是电子电路和机械脱扣电路的复合，厂家将空气断路器QF0内部结构进行了改造，由漏电动作脱扣改为了模块过热时的动作脱扣。温度检测和动作控制由温度继电器、Q4和KA1构成，在模块温升达75ºC时，KA1动作引发脱扣跳闸，QF1跳脱，将制动单元的电源关断，从而在一定程度上保护了IGBT模块不因过流或过热烧毁。检测电路（见下图）的供电，是由功率电阻降压、稳压管稳压和电容滤波来取得的，为15V直流供电。

该制动单元的故障主要多发于控制供电电路，表现为降压电阻开路，稳压管击穿等；另外，因引入了变频器直流回路的530V直流高压，线路板因受潮造成绝缘下降而导致的高压放电，使大片线路的铜箔条烧毁，控制电路的集成块短路等。又因线路板全部涂覆有黑色防护漆，看不清铜箔条的连接和走向，也为检修带来了一定的不便。

电路由LM393集成运算放大器、CD4081BE四2输入与门电路和7555（NE555）时基电路等构成。控制原理简述如下：

由P、N端子引入的变频器直流回路电压，经R1至R7电阻网络的分压处理，输入到LM339的2脚，LM339的3脚接入了经由15V控制供电进一步稳压、RP1调整后的整定电压，此电压值为制动动作点整定电压。LED1兼作电源指示灯。因LM393为开路集电极输出式运放电路，故两路放大器的输出端接有R13、R14的上拉电阻，以提供制动动作时的高电平输出。第一级放大电路为一个迟滞电压比较器（有时又称滞回比较器），D1、R10接成正反馈电路，提供一定的回差电压，以使整定点电压随输出而浮动，避免了在一个点上比较而使输出频繁波动。第二级放大器为典型的电压比较器的接法。实质上，运算放大器在这里是作为开关电路来使用的，中间不存在线性放大环节，而为开关量输出。两级放大电路对信号形成了倒相之倒相处理，使输出电压在高于整定电压时，电路有高电平输出。

LM393静态时为高电平输出，此高电平经D1和R10叠加到LM393的3脚上，“垫高”了制动动作整定点电压值。当2脚输入电压（如P、N间直流回路电压为660V）高于3脚电压时，1脚由高电平变为低电平；经第二级倒相处理，输出一个高电平信号给CD4081BE的1脚。同时，由于LM393的1脚变为低电平，3脚也由“垫高”了的电压值跌落为整定值。如此一来，当制动单元动作，将制动电阻接入了P、N间，从而使P、N电压由660V开始回落，一直回落到2脚电压（P、N间电压为580V）低于3脚整定电压值，电路翻转，制动信号停止输出，避免了在660V电压时，电路频繁动作导致的不稳定输出。

时基电路7555接成一个典型的多谐振荡器，输出一个固定占空比的脉冲频率电压。在LM393电压采样电路输出制动动作信号——CD4081BE的1脚为高电平时，时基电路7555输出矩形脉冲电压的高电平成分与LM393的高电平信号相与，使CD4081BE的3脚产生一个正电压的脉冲输出。此脉冲再经主/从转换开关、第二级与门开关电路相与处理后，由Q1、Q2互补式电压跟随器做功率放大后，驱动电子开关IGBT模块。

当主/从控制开关拨到上端时，本机器作为主机，实施制动动作，并将制动命令经端子OUT+、OUT-传送给其它从机；当主/从控制开关拨至下端时，本机器即做为从机，从端子IN+、IN-接受主机来的制动信号，经光电耦合器U5将信号输入CD4081BE的6脚，据主机来的信号进行制动动作。

篇3：变频技术的制动和保护功能

变频技术是目前发展最为迅速的技术之一, 这是和电力电子器件制造技术、变流技术控制技术以及微型计算机和大规模集成电路的飞速发展密切相关。变频器也称之为变频调速器, 是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源转换为另一频率的电能控制装置。变频调速的原理是通过变频器向电机的定子输出一个电压, 其频率可以连续地改变, 从而达到调速的目的。

2 电动机的四象限运行

异步电动机有电动和制动两种工作状态, 我们把电动机的转速和输出转矩用坐标的形式表示, X轴表示转矩, Y轴表示转速, 当电动机转速和转矩方向相同时, 电动机处于电动状态;当电动机转速和转矩方向相反时, 电磁转矩为负, 起到制动作用;电磁功率也为负, 电动机处于发电状态 (如图1) 。

3、再生能量方法

3.1变频器的能耗制动

能耗制动采用的工作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方法, 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“电阻制动”, 它包括制动单元和制动电阻两部分。能耗制动的过程如下:①当电机在外力作用下减速、反转时 (包括被拖动) , 电机以发电状态运行, 能量反馈回直流回路, 使母线电压升高。②当电流电压达到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。③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。④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, 制动电阻无电流通过。⑤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。

3.2 回馈制动

采煤机变频器常用的回馈制动是指回馈电网制动, 是将直流母线上的再生电能回馈到交流电网, 而要实现直流回路与电源间的双向能量传递, 一种最有效的方法就是采用有源逆变技术, 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, 从而实现制动。

常见的做法是将整流桥的不可控器件二极管换为可控的IGBT。变频器正常工作时, 整流器起到整流的作用;当需要回馈制动时, 整流器由触发信号控制进行回馈逆变, 将电能反送至电网, 起到了逆变的作用。

4、变频器的保护功能

4.1 变频器的接地保护功能

变频器的接地故障保护, 是变频器在运行过程中, 始终监视电机和电机电缆的漏电和接地, 接地故障的检测是基于在变频器的输入端装有零序电流互感器, 对接地保护泄漏电流的测量, 通过DSP数字信号处理器计算处理, 判断是否发生接地故障, 如果有接地故障, 变频器将立即停止输出。

4.2 变频器的过压保护功能

变频器检测自身的直流母线, 来判断供电电压是否过电压。过压极限整定值为1.3Umax, Umax是牵引变压器输出的最大值。牵引变压器的输出电压为380V, 则Umax=415V, 这样过压极限值整定为1.3×415=540V, 当牵引变压器的输出高于540V时, 变频器通过直流母线判断为过压, 给出故障信号。系统的中文显示窗给出故障原因和解决方法。

4.3 变频器的欠压保护功能

变频器检测自身的直流母线, 来判断供电电压是否欠电压。欠压极限整定值为0.65Umin, Umin是牵引变压器输出的最小值。牵引变压器的输出最小电压为380V, 则Umin=380V, 这样欠压极限值整定为0.65×380=247V, 当牵引变压器的输出低于247V时, 变频器通过直流母线判断为欠压, 系统的中文显示窗给出故障原因和解决方法。

4.4 变频器的供电电源缺相保护功能

变频器通过内部的输入缺相保护电路, 通过检测中间电路的脉动增加来判断是否供电电源缺相, 一旦有缺相发生, 则变频器停止输出, 同时系统中文显示窗显示故障信息和解决方法。等故障处理完成后, 可按复位按钮, 3秒钟后, 故障复位, 这时才能进行正常牵引。

4.5 变频器输出短路保护功能

变频器在运行和启动前, 始终监视IGBT模块和电机电缆, 一旦有短路发生, 变频器以微秒级的速度封锁脉冲信号, 使IGBT逆变桥禁止输出。此时系统的中文显示窗显示故障信息和解决方法。

5、变频器的常见故障处理方法及注意事项

5.1 在判断变频器故障前, 确保给变频器提供电源。

5.2 断电检查快速熔断器, 如果有一个快熔损坏, 变频器应正常显示, 只是在带负荷运行时报出电源缺相故障, 可更换快熔;如果两个快熔损坏, 则需要用万用表检查接线端子是否有接地故障, 检查作为电能储存器的电容组。不允许在不检查的情况下, 直接更换快熔, 可能再次损坏快熔。

5.3 变频器断电后, 必须等待5分钟以上, 以防止中间直流回路放电造成电击, 并用万用表测量每个输入端子和地之间的电压, 以保证变频器装置放电完毕。

5.4 变频器在运行过程中, 不允许在1分钟内连续三次切断电源, 以避免变频器内的充电电阻因过流而烧毁, 造成变频器不能工作。

5.5 测量牵引电机的绝缘时, 必须把牵引电机和变频器的连接电缆从电机端子拆下, 否则, 有可能造成变频器内的IGBT模块永久性损坏。

6、结束语

煤矿机电的电力电子技术和微电子技术的迅猛发展, 使变频技术在矿山机电设备中应用也越来越多, 高压大功率变频调速装置不断地成熟, 很好地解决了高压问题。交流电机变频调速是当今节约电能, 改善生产工艺流程, 提高产品质量, 改善运行环境的一种主要手段。