【制動(dòng)電阻常識(shí)】制動(dòng)單元與制動(dòng)電阻在變頻器系統(tǒng)中的應(yīng)用(上)

      引 言：常州(江蘇)博邦電氣是專業(yè)研發(fā)制造電抗器、串聯(lián)電抗器、進(jìn)線電抗器、鋁殼電阻、制動(dòng)電阻、制動(dòng)單元、變壓器、濾波器的大型生產(chǎn)廠家。依托德國(guó)技術(shù),專注于為全球變頻器產(chǎn)業(yè)提供專業(yè)而人性化的產(chǎn)品、服務(wù)和一站式綜合解決方案。本文著重介紹了如何正確認(rèn)識(shí)制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻；制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻在變頻器系統(tǒng)中的作用；以及制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻的設(shè)計(jì)和計(jì)算。

      一、 制動(dòng)單元與制動(dòng)電阻的概述
      在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電機(jī)的降速和停機(jī)是通過逐漸減小頻率來實(shí)現(xiàn)的，在頻率減小的瞬間，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨之下降，而由于機(jī)械慣性的原因，電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速未變。當(dāng)同步轉(zhuǎn)速小于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子電流的相位幾乎改變了180度，電機(jī)從電動(dòng)狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)；與此同時(shí)，電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩變成了制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速下降，電機(jī)處于再生制動(dòng)狀態(tài)。
 
      電機(jī)再生的電能經(jīng)續(xù)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(wǎng)，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(shí)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(duì)于負(fù)載處于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)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(dòng)和回饋制動(dòng)。 　　
 
      能耗制動(dòng)采用的方法是在變頻器直流側(cè)加放電電阻單元組件，將再生電能消耗在功率電阻上來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。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(dòng)電路消耗在電阻上，轉(zhuǎn)化為熱能，因此又被稱為“電阻制動(dòng)”，它包括制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻二部分。

      二、制動(dòng)單元與制動(dòng)電阻的介紹
      1、制動(dòng)單元的介紹 　　
      制動(dòng)單元相當(dāng)于是一個(gè)電子開關(guān)，其內(nèi)部的主要元件為IGBT模塊，有一個(gè)直流電壓檢測(cè)電路，輸出一個(gè)制動(dòng)動(dòng)作信號(hào)，來控制電子開關(guān)的通和斷。接通時(shí)將制動(dòng)電阻接入變頻器的直流回路，對(duì)電機(jī)的再生電能進(jìn)行快速消耗（轉(zhuǎn)化為熱量耗散于環(huán)境空氣中），以維持直流回路的電壓在容許值以內(nèi)。　　
 
      制動(dòng)單元的功能是當(dāng)直流回路的電壓超過規(guī)定的限值時(shí)（如660V或690V），接通耗能電路，使直流回路通過制動(dòng)電阻后以熱能方式釋放能量。制動(dòng)單元可分內(nèi)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(duì)制動(dòng)有特殊要求的工況中。從原理上講，二者并無區(qū)別，都是作為接通制動(dòng)電阻的“開關(guān)”，它包括功率管、電壓采樣比較電路和驅(qū)動(dòng)電路。

      2、制動(dòng)電阻的介紹 　　
      制動(dòng)電阻是用于將電機(jī)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?jī)蓚�(gè)重要的參數(shù)。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(jī)涂層，有效保護(hù)電阻絲不被老化，延長(zhǎng)使用壽命；鋁殼電阻在耐氣候性、耐震動(dòng)性上都優(yōu)于傳統(tǒng)瓷骨架電阻器，廣泛應(yīng)用于高要求惡劣工控環(huán)境使用，易緊密安裝、易附加散熱器，外型美觀。      

      制動(dòng)電阻的功用：   
      A、保護(hù)變頻器不受再生電能的危害：電機(jī)在快速停車過程中，由于慣性作用，會(huì)產(chǎn)生大量的再生電能，如果不及時(shí)消耗掉這部分再生電能，大量的再生電能就會(huì)直接作用于變頻器的直流電路部分。輕者，變頻器會(huì)報(bào)故障，重者，則會(huì)損害變頻器。因此，應(yīng)該使用制動(dòng)電阻，保護(hù)變頻器不受電機(jī)再生電能的危害。
   
      B、保證電電源網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)運(yùn)行：制動(dòng)電阻將電機(jī)快速制動(dòng)過程中的再生電能直接轉(zhuǎn)化為熱能，這樣再生電能就不會(huì)反饋到電源電網(wǎng)絡(luò)中，不會(huì)造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)，從而起到了保證電源網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)運(yùn)行的作用。

      三、制動(dòng)單元與制動(dòng)電阻的制動(dòng)過程
      能耗制動(dòng)的過程如下： 　　
      A、當(dāng)電機(jī)在外力作用下減速、反轉(zhuǎn)時(shí)（包括被拖動(dòng)），電機(jī)即以發(fā)電狀態(tài)運(yùn)行，能量反饋回直流回路，使母線電壓升高； 　　
      B、當(dāng)直流電壓到達(dá)制動(dòng)單元開的狀態(tài)時(shí)，制動(dòng)單元的功率管導(dǎo)通，電流流過制動(dòng)電阻。
      C、制動(dòng)電阻消耗電能為熱能，電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，母線電壓也降低； 　　
      D、母線電壓降至制動(dòng)單元要關(guān)斷的值，制動(dòng)單元的功率管截止，制動(dòng)電阻無電流流過； 
      E、采樣母線電壓值，制動(dòng)單元重復(fù)ON/OFF過程，平衡母線電壓，使系統(tǒng)正常運(yùn)行。
 
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