【制動電阻常識】制動單元與制動電阻在變頻器系統中的應用(上)

      引 言：常州(江蘇)博邦電氣是專業研發制造電抗器、串聯電抗器、進線電抗器、鋁殼電阻、制動電阻、制動單元、變壓器、濾波器的大型生產廠家。依托德國技術,專注于為全球變頻器產業提供專業而人性化的產品、服務和一站式綜合解決方案。本文著重介紹了如何正確認識制動單元和制動電阻；制動單元和制動電阻在變頻器系統中的作用；以及制動單元和制動電阻的設計和計算。

      一、 制動單元與制動電阻的概述
      在變頻調速系統中，電機的降速和停機是通過逐漸減小頻率來實現的，在頻率減小的瞬間，電機的同步轉速隨之下降，而由于機械慣性的原因，電機的轉子轉速未變。當同步轉速小于轉子轉速時，轉子電流的相位幾乎改變了180度，電機從電動狀態變為發電狀態；與此同時，電機軸上的轉矩變成了制動轉矩，使電機的轉速迅速下降，電機處于再生制動狀態。
 
      電機再生的電能經續流二極管全波整流后反饋到直流電路。由于直流電路的電能無法通過整流橋回饋到電網，僅靠變頻器本身的電容吸收，雖然其他部分能消耗電能，但電容仍有短時間的電荷堆積，形成“泵升電壓”，使直流電壓升高。過高的直流電壓將使各部分器件受到損害。因此，對于負載處于發電制動狀態中必須采取必需的措施處理這部分再生能量。處理再生能量的方法有能耗制動和回饋制動。 　　
 
      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。

      二、制動單元與制動電阻的介紹
      1、制動單元的介紹 　　
      制動單元相當于是一個電子開關，其內部的主要元件為IGBT模塊，有一個直流電壓檢測電路，輸出一個制動動作信號，來控制電子開關的通和斷。接通時將制動電阻接入變頻器的直流回路，對電機的再生電能進行快速消耗（轉化為熱量耗散于環境空氣中），以維持直流回路的電壓在容許值以內�！　�
 
      制動單元的功能是當直流回路的電壓超過規定的限值時（如660V或690V），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、制動電阻的介紹 　　
      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殼電阻兩種：波紋電阻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；鋁殼電阻在耐氣候性、耐震動性上都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。      

      制動電阻的功用：   
      A、保護變頻器不受再生電能的危害：電機在快速停車過程中，由于慣性作用，會產生大量的再生電能，如果不及時消耗掉這部分再生電能，大量的再生電能就會直接作用于變頻器的直流電路部分。輕者，變頻器會報故障，重者，則會損害變頻器。因此，應該使用制動電阻，保護變頻器不受電機再生電能的危害。
   
      B、保證電電源網絡的平穩運行：制動電阻將電機快速制動過程中的再生電能直接轉化為熱能，這樣再生電能就不會反饋到電源電網絡中，不會造成電網電壓波動，從而起到了保證電源網絡的平穩運行的作用。

      三、制動單元與制動電阻的制動過程
      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。
 
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