第一篇：制動單元和制動電阻的選型方案

制動單元和制動電阻的選型方案

所示為變頻器調(diào)速系統(tǒng)的二種運行狀態(tài)，即電動和發(fā)電。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電機的降速和停機是通過逐漸減小頻率來實現(xiàn)的，在頻率減小的瞬間，電機的同步轉(zhuǎn)速隨之下降，而由于機械慣性的原因，電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速未變。當(dāng)同步轉(zhuǎn)速w1小于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速w時，轉(zhuǎn)子電流的相位幾乎改變了180度，電機從電動狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)；與此同時，電機軸上的轉(zhuǎn)矩變成了制動轉(zhuǎn)矩Te，使電機的轉(zhuǎn)速迅速下降，電機處于再生制動狀態(tài)。電機再生的電能P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，但電容仍有短時間的電荷堆積，形成“泵升電壓”，使直流電壓Ud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(fù)載處于發(fā)電制動狀態(tài)中必須采取必需的措施處理這部分再生能量。本文闡述的就是處理再生能量的方法：能耗制動和回饋制動。能耗制動的工作方式

能耗制動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現(xiàn)制動（如圖二所示）。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(zhuǎn)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。

2.1 制動單元

制動單元的功能是當(dāng)直流回路的電壓Ud超過規(guī)定的限值時（如660V或710V），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(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制動有特殊要求的工況中。從原理上講，二者并無區(qū)別，都是作為接通制動電阻的“開關(guān)”，它包括功率管、電壓采樣比較電路和驅(qū)動電路。

2.2 制動電阻

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(shù)。通常在工程上選用較多的是波紋電阻和鋁合金電阻兩種：前者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(hù)電阻絲不被老化，延長使用壽命；后者電阻器耐氣候性、耐震動性，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。

2.3 制動過程

能耗制動的過程如下： A、當(dāng)電機在外力作用下減速、反轉(zhuǎn)時（包括被拖動），電機即以發(fā)電狀態(tài)運行，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)制動單元開的狀態(tài)時，制動單元的功率管導(dǎo)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(zhuǎn)速降低，母線電壓也降低；

D、母線電壓降至制動單元要關(guān)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(fù)ON/OFF過程，平衡母線電壓，使系統(tǒng)正常運行。

2.4 安裝要求

制動單元與變頻器之間，以及制動單元與電阻之間的配線距離要盡可能短（線長在2m以下），導(dǎo)線要足夠粗；

制動單元在工作時，電阻將大量發(fā)熱，應(yīng)此要充分注意散熱，并使用耐熱導(dǎo)線，導(dǎo)線請勿觸及電阻器；

放電功率電阻應(yīng)使用絕緣擋片固定牢固，安裝位置要確保良好散熱，建議電阻器安裝在電控柜頂部。

2.5 制動單元與制動電阻的選配 A、首先估算出制動轉(zhuǎn)矩

一般情況下，在進(jìn)行電機制動時，電機內(nèi)部存在一定的損耗，約為額定轉(zhuǎn)矩的18%-22%左右，因此計算出的結(jié)果在小于此范圍的話就無需接制動裝置；

B、接著計算制動電阻的阻值

在制動單元工作過程中，直流母線的電壓的升降取決于常數(shù)RC，R即為制動電阻的阻值，C為變頻器內(nèi)部電解電容的容量。這里制動 單元動作電壓值一般為710V。

C、然后進(jìn)行制動單元的選擇在進(jìn)行制動單元的選擇時，制動單元的工作最大電流是選擇的唯一依據(jù)，其計算公式如下：

D、最后計算制動電阻的標(biāo)稱功率

由于制動電阻為短時工作制，因此根據(jù)電阻的特性和技術(shù)指標(biāo)，我們知道電阻的標(biāo)稱功率將小于通電時的消耗功率，一般可用下式求得：

制動電阻標(biāo)稱功率 = 制動電阻降額系數(shù) X 制動期間平均消耗功率 X 制動使用率%

2.6 制動特點

能耗制動（電阻制動）的優(yōu)點是構(gòu)造簡單，缺點是運行效率降低，特別是在頻繁制動時將要消耗大量的能量，且制動電阻的容量將增大。

圖二 能耗制動和制動單元、制動電阻的連接方式 共用直流母線方式的回饋制動

對于頻繁啟動、制動，或是四象限運行的電機而言，如何處理制動過程不僅影響系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，而且還有經(jīng)濟效益的問題。于是，回饋制動成為人們討論的焦點，然而在目前大部分的通用變頻器還不能通過單獨的一臺變頻器來實現(xiàn)再生能量的情況下，如何用最簡單的辦法來實現(xiàn)回饋制動呢？

為解決以上問題，這里介紹了一種共用直流母線方式的再生能量回饋系統(tǒng)，通過這種方式，它可以將制動產(chǎn)生的再生能量進(jìn)行充分利用，從而起到既節(jié)約電能又處理再生電能的功效。

3.1 工作原理

我們知道通常意義上的異步電機多傳動包括整流橋、直流母線供電回路、若干個逆變器，其中電機需要的能量是以直流方式通過PWM逆變器輸出。在多傳動方式下，制動時感生能量就反饋到直流回路。通過直流回路，這部分反饋能量就可以消耗在其他處在電動狀態(tài)的電機上，制動要求特別高時，只需要在共用母線上并上一個共用制動單元即可。在實際的應(yīng)用中，多傳動的系統(tǒng)造價高、品牌少，也往往使用在鋼鐵、造紙等高端市場。以此參照到眾多的制動小系統(tǒng)應(yīng)用，也不失為一種效率好、節(jié)能高的制動方式。

圖三 共用直流母線的回饋制動方式 圖三接線是典型的共用直流母線的制動方式，M1是處于電動狀態(tài)，M2經(jīng)常處于發(fā)電狀態(tài)，三相交流電源380V接到處于電動狀態(tài)的電機M1上的變頻器VF1端，而VF2則通過共用直流母線方式與VF1的母線相連。在此種方式下，VF2僅做為逆變器在使用，M2處于電動時，所需能量由交流電網(wǎng)通過VF1的整流橋獲得；M2處于發(fā)電時，反饋能量通過直流母線由M2的電動狀態(tài)消耗。

3.2 應(yīng)用范圍

共用直流母線的制動方式可典型應(yīng)用于造紙機械、印刷機械、離心分離機以及系統(tǒng)驅(qū)動等。在這些應(yīng)用中，有一個共同的特點：即處于發(fā)電狀態(tài)的M2的容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于處于電動狀態(tài)的M1的容量，而且當(dāng)M1的電動狀態(tài)停止時（即變頻器VF1待機），M2的發(fā)電狀態(tài)隨即轉(zhuǎn)為電動狀態(tài)。這樣，直流母線電壓就不會快速升高，系統(tǒng)始終處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)。

這里以離心機為例進(jìn)行應(yīng)用說明。過濾式螺旋卸料離心機，在全速下連續(xù)進(jìn)料、連續(xù)卸料，自動完成進(jìn)料、分離、洗滌、卸料等工序。離心機的核心是過濾型轉(zhuǎn)鼓，利用主機和副機的差轉(zhuǎn)速來控制卸料速度，并實現(xiàn)無人安全操作。在處理過程中，主機始終處于電動狀態(tài)，而副機則由于轉(zhuǎn)速差的作用，基本上處于發(fā)電狀態(tài)。主機和副機功率通常為22KW和5.5KW、30KW和7.5KW、45KW和11KW等4:1匹配，符合本節(jié)闡述的工作方式。為考慮到副機供電也是由主機變頻器的整流橋提供，因此必須考慮到VF1的整流橋的額定電流（不同的變頻器廠商其整流橋規(guī)格不一樣），以此來決定VF1的選型。VF2的選型必須考慮到能夠屏蔽輸入缺相功能的變頻器。應(yīng)用本制動方式后，離心機不僅效率提高，而且節(jié)能效果好、運行平穩(wěn)、維護(hù)簡單。

3.3 制動特點

采用共用直流母線的制動方式，具有以下顯著的特點：

a.共用直流母線和共用制動單元，可以大大減少整流器和制動單元的重復(fù)配置，結(jié)構(gòu)簡單合理，經(jīng)濟可靠。

b.共用直流母線的中間直流電壓恒定，電容并聯(lián)儲能容量大；

c.各電動機工作在不同狀態(tài)下，能量回饋互補，優(yōu)化了系統(tǒng)的動態(tài)特性； d.提高系統(tǒng)功率因數(shù)，降低電網(wǎng)諧波電流，提高系統(tǒng)用電效率。回饋到交流電網(wǎng)的制動方式

在生產(chǎn)工況中，我們往往又會碰到另外一個問題：如何真正實現(xiàn)從電機到直流母線、再從直流母線到交流電網(wǎng)的能量回饋呢？由于通用變頻器一般采用不可控整流橋，因此必須采取其他的控制方式來實現(xiàn)。

4.1 工作原理

要實現(xiàn)直流回路與電源間的雙向能量傳遞，一種最有效的辦法就是采用有源逆變技術(shù)：即將再生電能逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率同相位的交流電回送電網(wǎng)，從而實現(xiàn)制動。

圖四 回饋電網(wǎng)制動原理圖 圖四所示為回饋電網(wǎng)制動原理圖，它采用了電流追蹤型PWM整流器，這樣就容易實現(xiàn)功率的雙向流動，且具有很快的動態(tài)響應(yīng)速度。同時，這樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使得我們能夠完全控制交流側(cè)和直流側(cè)之間的無功和有功的交換。

4.2 制動特點

a.廣泛應(yīng)用于PWM交流傳動的能量回饋制動場合，節(jié)能運行效率高； b.不產(chǎn)生任何異常的高次諧波電流成分，綠色環(huán)保； c.功率因數(shù)≈1；

d.多電機傳動系統(tǒng)中，每一單機的再生能量可以得到充分利用； e.節(jié)省投資，易于控制網(wǎng)側(cè)諧波和無功分量； 結(jié)束語

通用電壓型變頻器只能運行于一、三象限即電動狀態(tài)，因此在以下應(yīng)用場合，用戶必須考慮配套使用制動方式：電機拖動大慣量負(fù)載（如離心機、龍門刨、巷道車、行車的大小車等）并要求急劇減速或停車；電機拖動位能負(fù)載（如電梯，起重機，礦井提升機等）；電機經(jīng)常處于被拖動狀態(tài)（如離心機副機、造紙機導(dǎo)紙輥電機、化纖機械牽伸機等）。以上幾類負(fù)載的共同特點，要求電機不僅運行于電動狀態(tài)（一、三象限），而且要運行于發(fā)電制動狀態(tài)（二、四象限）。為使系統(tǒng)在發(fā)電制動狀態(tài)能正常工作，必須采取適當(dāng)?shù)闹苿臃绞健１疚脑噲D從工程的角度論述了能耗制動、回饋到共用直流母線方式的制動、回饋到交流電網(wǎng)的制動共3種典型制動方式的工作原理，以及應(yīng)用范圍和優(yōu)缺點。

第二篇：制動電阻

制動電阻

制動電阻的作用

在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電機的降速和停機是通過逐漸減小頻率來實現(xiàn)的，在頻率減小的瞬間，電機的同步轉(zhuǎn)速隨之下降，而由于機械慣性的原因，電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速未變。當(dāng)同步轉(zhuǎn)速小于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子電流的相位幾乎改變了180度，電機從電動狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)；與此同時，電機軸上的轉(zhuǎn)矩變成了制動轉(zhuǎn)矩，使電機的轉(zhuǎn)速迅速下降，電機處于再生制動狀態(tài)。電機再生的電能經(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(fù)載處于發(fā)電制動狀態(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：能耗制動和回饋制動.能耗制動的工作方式

能耗制動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現(xiàn)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(zhuǎn)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。

制動單元

制動單元的功能是當(dāng)直流回路的電壓Ud超過規(guī)定的限值

制動電阻

時（如660V或710V），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(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制動有特殊要求的工況中。從原理上講，二者并無區(qū)別，都是作為接通制動電阻的“開關(guān)”，它包括功率管、電壓采樣比較電路和驅(qū)動電路。

制動電阻

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(shù)。通常在工程上選用較多的是波紋電阻和鋁合金電阻兩種：前者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(hù)電阻絲不被老化，延長使用壽命；后者電阻器耐氣候性、耐震動性，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，外型美觀一般情況下大部分電梯都不會設(shè)對重安全鉗，只有在轎箱會社安全鉗，只有在底坑懸空的情況下會設(shè)對重安全鉗！

對重安全鉗是保護(hù)電梯上行對重上行出現(xiàn)超速的情況下實施的保護(hù)，電梯轎箱如果在頂層，一般對重會在底坑，如果出現(xiàn)超速沖頂?shù)那闆r下，對重會沖過緩沖間距（國標(biāo)規(guī)定是150~400mm）和緩沖行程（緩沖器不同規(guī)格有所不同），如果這兩道保護(hù)沖破之后還不行，那么就會出現(xiàn)轎箱繼續(xù)往上行走，不過我們國標(biāo)對此行程也有一定的規(guī)定，電梯公司

制動電阻

也預(yù)留除了距離，所以轎箱不會沖到頂上，也就不會出現(xiàn)大的安全事故，底坑是實心的，底下沒有進(jìn)人空間，就算很大的作用力下到底坑也不會有安全事故發(fā)生（底坑懸空除外）

counterweight 對重 包括對重框和對重塊，對重塊可放置在對重框中間，用來調(diào)整對重重量，可進(jìn)行增減。

對重的作用是平衡轎廂的，既在轎廂和對重框之間有曳引繩連接，曳引繩由屋頂?shù)囊芬喤c曳引繩產(chǎn)生的摩擦力來帶動轎廂上下運動。對重的作用是平衡轎廂的重量，這樣曳引輪只需要帶動轎廂與對重重量之差，即可使轎廂上下運動。

一般的材質(zhì)為鑄鐵但每塊的重量不好控制（成本低），也有鑄鋼的。

對于曳引式結(jié)構(gòu)電梯，其對重不能太重，也不宜太輕，它應(yīng)與乘人和載物的轎廂那側(cè)的重量相稱。即電梯的平衡系數(shù)按規(guī)定應(yīng)在0.4－0.5之間，就是對重的重量要與轎廂的重量再加上0.4－0.5倍電梯的額定載重量相平衡。那么平衡系數(shù)到底有什么物理意義。

電梯平衡系數(shù)是度量電梯在運行中不平衡狀態(tài)量的一個參數(shù)，平衡系數(shù)影響到驅(qū)動電機的輸出轉(zhuǎn)矩，從而影響到電能的消耗。曳引式電梯使用對重的一個主要目的就是為了降低電梯驅(qū)動電機的功率。對于一臺曳引式結(jié)構(gòu)，額定載重量為一噸，速度為1.75m/s的8層8站電梯，可以使用功率為15kw的驅(qū)動電機，在對曳引鋼絲繩進(jìn)行精確補償后，額定載重量為一噸，速度1.75m/s的17層17站電梯，同樣也可以用功率為15kw的驅(qū)

制動電阻

動電機。這就是因為無論是8層8站，還是17層17站，兩臺電梯在運行中，其對重側(cè)與轎廂側(cè)質(zhì)量不平衡狀態(tài)量是一樣的，在曳引輪上形成的力距差沒有太大區(qū)別，因而同樣可以使用功率為15kw的驅(qū)動電機。

電梯每一次運行中所消耗的電能就是該電梯的瞬時功率對于運行時間的積分再除以效率，即W＝（∫PΔt）/η。從功率的定義可知，電機輸出的瞬時功率P的大小取決于電機的輸出力距M與電機轉(zhuǎn)速η的乘積。每臺電梯的運行速度曲線都是固定不變的，那么電機的輸出力矩M就成了影響電梯輸出功率的唯一變量。從電梯結(jié)構(gòu)可看出，電機輸出力矩直接受到電梯對重側(cè)質(zhì)量與轎廂的不平衡狀態(tài)量的影響。如果曳引輪兩邊的不平衡量很大，當(dāng)電梯運行方向與這種不平衡轉(zhuǎn)矩反向時，則電機要付出較大的力矩，當(dāng)然就要消耗更大的電能。如運行方向與其一致時，則電機處于發(fā)電狀態(tài)，這一部分勢能又以電的熱效應(yīng)損失了，消耗在放電電阻上。當(dāng)電梯在對重側(cè)與轎廂側(cè)的質(zhì)量平衡狀態(tài)下運行時，電機輸出力矩最小，其功率和所消耗的電能也都是最小的。

電梯曳引輪兩側(cè)，即對重側(cè)與轎廂側(cè)的力矩比值，尤其是在制動工況下的比值，是決定曳引繩與曳引輪是否打滑，或是電梯平穩(wěn)運行的最重要參量。那么，描述電梯對重側(cè)與轎廂側(cè)不平衡狀態(tài)量的平衡系數(shù)也是描述這個比值的基礎(chǔ)。平衡系 數(shù)要求在0.4－0.5之間，如果超差就會帶來上述電梯故障現(xiàn)象，所以必須重新進(jìn)行電

制動電阻

梯平衡系數(shù)的測定和調(diào)整，其方法與有關(guān)故障中調(diào)整方法相同。

第三篇：變頻器制動電阻分析

一例變頻器制動單元電路及圖解

一、《CDBR-4030C制動單元》主電路圖

《CDBR-4030C制動單元》主電路圖說

因慣性或某種原因，導(dǎo)致負(fù)載電機的轉(zhuǎn)速大于變頻器的輸出轉(zhuǎn)速時，此時電機由“電動”狀態(tài)進(jìn)入“動電”狀態(tài)，使電動機暫時變成了發(fā)電機。負(fù)載電機的反發(fā)電能量，又稱為再生能量。

一些特殊機械，如礦用提升機、卷揚機、高速電梯等，當(dāng)電動機減速、制動或者下放負(fù)載重物時（普通大慣性負(fù)荷，減速停車過程），因機械系統(tǒng)的位能和勢能作用，會使變頻器的實際轉(zhuǎn)速有可能超過變頻器的給定轉(zhuǎn)速，電機繞組中的感生電流的相位超前于感生電壓，出現(xiàn)了容性電流，而變頻器逆變回路IGBT兩端并聯(lián)的二極管和直流回路的儲能電容器，恰恰提供了這一容性電流的通路。電動機因有了容性勵磁電流，進(jìn)而產(chǎn)生勵磁磁動勢，電動機自勵發(fā)電，向供電電源回饋能量。這是一個電動機將機械勢能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芑仞伝仉娋W(wǎng)的過程。

此再生能量由變頻器的逆變電路所并聯(lián)的二極管整流，饋入變頻器的直流回路，使直流回路的電壓由530V左右上升到六、七百伏，甚至更高。尤其在大慣性負(fù)載需減速停車的過程中，更是頻繁發(fā)生。這種急劇上升的電壓，有可能對變頻器主電路的儲能電容和逆變模塊，造成較大的電壓和電流沖擊甚至損壞。因而制動單元與制動電阻（又稱剎車單元和剎車電阻）常成為變頻器的必備件或首選輔助件。在小功率變頻器中，制動單元往往集成于功率模塊內(nèi)，制動電阻也安裝于機體內(nèi)。但較大功率的變頻器，則根據(jù)負(fù)載運行情況選配制動單元和制動電阻，CDBR-4030C制動單元，即是變頻器的輔助配置之一。

先不管具體電路，我們可先從控制原理設(shè)想一下。所謂制動單元，就是一個電子開關(guān)（IGBT模塊），接通時將制動電阻（RB）接入變頻器的直流回路，對電機的反發(fā)電能量進(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)。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(guān)的通和斷。從性能上講，變頻器直流回路電壓上升到某值（如660V或680V）后，開關(guān)接通將制動電阻RB接入電路，一直至電壓降至620V（或620V）以下，開關(guān)再斷開，也是可行的。反正制動單元有RB的限流作用，并無燒毀的危險。若將其性能再優(yōu)化一點的話，則由電壓檢測電路控制一個壓/頻（或電壓/脈沖寬度）轉(zhuǎn)換電路，進(jìn)而控制制動單元中IGBT模塊的通斷。直流回路的電壓較高時，制動單元工作頻率高或?qū)ㄖ芷陂L，電壓低時，則相反。此種脈沖式制動比起直接通斷式制動，性能上要優(yōu)良多了。再加上對IGBT模塊的過流保護(hù)和散熱處理，那么這應(yīng)是一款性能較為優(yōu)良的制動單元電路了。

CDBR-4030C制動單元，從結(jié)構(gòu)和性能上不是很優(yōu)化，但實際應(yīng)用的效果也還可以。內(nèi)部電子開關(guān)是一只雙管IGBT模塊，上管的柵、射極短接未用，只用了下管，當(dāng)然有些浪費，用單管的IGBT模塊就可以的呀。保護(hù)電路是電子電路和機械脫扣電路的復(fù)合，廠家將空氣斷路器QF0內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，由漏電動作脫扣改為了模塊過熱時的動作脫扣。溫度檢測和動作控制由溫度繼電器、Q4和KA1構(gòu)成，在模塊溫升達(dá)75oC時，KA1動作引發(fā)脫扣跳閘，QF1跳脫，將制動單元的電源關(guān)斷，從而在一定程度上保護(hù)了IGBT模塊不因過流或過熱燒毀。檢測電路（見下圖）的供電，是由功率電阻降壓、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓和電容濾波來取得的，為15V直流供電。

該制動單元的故障主要多發(fā)于控制供電電路，表現(xiàn)為降壓電阻開路，穩(wěn)壓管擊穿等；另外，因引入了變頻器直流回路的530V直流高壓，線路板因受潮造成絕緣下降而導(dǎo)致的高壓放電，使大片線路的銅箔條燒毀，控制電路的集成塊短路等。又因線路板全部涂覆有黑色防護(hù)漆，看不清銅箔條的連接和走向，也為檢修帶來了一定的不便。

電路由LM393集成運算放大器、CD4081BE四2輸入與門電路和7555（NE555）時基電路等構(gòu)成。控制原理簡述如下：

由P、N端子引入的變頻器直流回路電壓，經(jīng)R1至R7電阻網(wǎng)絡(luò)的分壓處理，輸入到LM339的2腳，LM339的3腳接入了經(jīng)由15V控制供電進(jìn)一步穩(wěn)壓、RP1調(diào)整后的整定電壓，此電壓值為制動動作點整定電壓。LED1兼作電源指示燈。因LM393為開路集電極輸出式運放電路，故兩路放大器的輸出端接有R13、R14的上拉電阻，以提供制動動作時的高電平輸出。第一級放大電路為一個遲滯電壓比較器（有時又稱滯回比較器），D1、R10接成正反饋電路，提供一定的回差電壓，以使整定點電壓隨輸出而浮動，避免了在一個點上比較而使輸出頻繁波動。第二級放大器為典型的電壓比較器的接法。實質(zhì)上，運算放大器在這里是作為開關(guān)電路來使用的，中間不存在線性放大環(huán)節(jié)，而為開關(guān)量輸出。兩級放大電路對信號形成了倒相之倒相處理，使輸出電壓在高于整定電壓時，電路有高電平輸出。

LM393靜態(tài)時為高電平輸出，此高電平經(jīng)D1和R10疊加到LM393的3腳上，“墊高”了制動動作整定點電壓值。當(dāng)2腳輸入電壓（如P、N間直流回路電壓為660V）高于3腳電壓時，1腳由高電平變?yōu)榈碗娖剑唤?jīng)第二級倒相處理，輸出一個高電平信號給CD4081BE的1腳。同時，由于LM393的1腳變?yōu)榈碗娖剑?腳也由“墊高”了的電壓值跌落為整定值。如此一來，當(dāng)制動單元動作，將制動電阻接入了P、N間，從而使P、N電壓由660V開始回落，一直回落到2腳電壓（P、N間電壓為580V）低于3腳整定電壓值，電路翻轉(zhuǎn)，制動信號停止輸出，避免了在660V電壓時，電路頻繁動作導(dǎo)致的不穩(wěn)定輸出。

時基電路7555接成一個典型的多諧振蕩器，輸出一個固定占空比的脈沖頻率電壓。在LM393電壓采樣電路輸出制動動作信號——CD4081BE的1腳為高電平時，時基電路7555輸出矩形脈沖電壓的高電平成分與LM393的高電平信號相與，使CD4081BE的3腳產(chǎn)生一個正電壓的脈沖輸出。此脈沖再經(jīng)主/從轉(zhuǎn)換開關(guān)、第二級與門開關(guān)電路相與處理后，由Q1、Q2互補式電壓跟隨器做功率放大后，驅(qū)動電子開關(guān)IGBT模塊。

當(dāng)主/從控制開關(guān)撥到上端時，本機器作為主機，實施制動動作，并將制動命令經(jīng)端子OUT+、OUT-傳送給其它從機；當(dāng)主/從控制開關(guān)撥至下端時，本機器即做為從機，從端子IN+、IN-接受主機來的制動信號，經(jīng)光電耦合器U5將信號輸入CD4081BE的6腳，據(jù)主機來的信號進(jìn)行制動動作。

我在圖紙上標(biāo)為“此電路意欲何為”的這部分電路，讓我們從電路本身出發(fā)，來揣摩一下設(shè)計者的本意，如我分析的不對，希望讀者朋友能為之指正。正常狀態(tài)下，當(dāng)實施制動動作時，可以看出，U2輸出的制動信號為矩形脈沖序列信號（此信號加到U4的1腳），與PB端子經(jīng)降壓電阻加到U4的2腳的信號恰為互為倒相的矩形脈沖序列信號，在任一時刻，U4的1、2腳總有一腳為高電平，對或非門的“有高出低特性”來說，U4的3腳總是輸出低電平，Q3處于截止?fàn)顟B(tài)，電路實施正常的制動動作；假定輸出模塊一直在接通中或已經(jīng)擊穿，則經(jīng)PB端子到U4的2腳的信號為直流低電平，與1腳的脈沖信號相或非，使有了“兩低出高”的輸出。經(jīng)U8驅(qū)動Q3，將U2的3腳的輸出信號短接到地，進(jìn)而使U2的8腳也為低電平，直到將U4的1、2腳徹底鎖定為地（低）電平，則Q3持續(xù)進(jìn)入飽合導(dǎo)通狀態(tài)，將U2輸出的制動信號徹底封鎖。須斷電才能解除這種封鎖。但這種保護(hù)性封鎖，對模塊本身瞬態(tài)過流狀態(tài)或Q1、Q2驅(qū)動電路本身的故障，似乎是無能為力和鞭長莫及的。

第四篇：制動單元選擇

在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電機的降速和停機是通過逐漸減小頻率來實現(xiàn)的，在頻率減小的瞬間，電機的同步轉(zhuǎn)速隨之下降，而由于機械慣性的原因，電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速未變。當(dāng)同步轉(zhuǎn)速小于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子電流的相位幾乎改變了180度，電機從電動狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)；與此同時，電機軸上的轉(zhuǎn)矩變成了制動轉(zhuǎn)矩，使電機的轉(zhuǎn)速迅速下降，電機處于再生制動狀態(tài)。電機再生的電能經(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(fù)載處于發(fā)電制動狀態(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：能耗制動和回饋制動.能耗制動的工作方式

能耗制動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現(xiàn)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(zhuǎn)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。

制動單元

制動單元的功能是當(dāng)直流回路的電壓Ud超過規(guī)定的限值時（如660V或710V），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(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制動有特殊要求的工況中。從原理上講，二者并無區(qū)別，都是作為接通制動電阻的“開關(guān)”，它包括功率管、電壓采樣比較電路和驅(qū)動電路。

制動電阻

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(shù)。通常在工程上選用較多的是波紋電阻和鋁合金電阻兩種：前者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(hù)電阻絲不被老化，延長使用壽命；后者電阻器耐氣候性、耐震動性，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。

制動過程

能耗制動的過程如下：

能耗制動的過程如下：A、當(dāng)電機在外力作用下減速、反轉(zhuǎn)時（包括被拖動），電機即以發(fā)電狀態(tài)運行，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)制動單元開的狀態(tài)時，制動單元的功率管導(dǎo)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(zhuǎn)速降低，母線電壓也降低；D、母線電壓降至制動單元要關(guān)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(fù)ON/OFF過程，平衡母線電壓，使系統(tǒng)正常運行。

制動單元與制動電阻的選配

A、首先估算出制動轉(zhuǎn)矩

=（(電機轉(zhuǎn)動慣量+電機負(fù)載測折算到電機測的轉(zhuǎn)動慣量）*（制動前速度-制動后速度））/375*減速時間-負(fù)載轉(zhuǎn)矩

一般情況下，在進(jìn)行電機制動時，電機內(nèi)部存在一定的損耗，約為額定轉(zhuǎn)矩的18%-22%左右，因此計算出的結(jié)果在小于此范圍的話就無需接制動裝置；

B、接著計算制動電阻的阻值

=制動元件動作電壓值的平方/（0.1047*(制動轉(zhuǎn)矩-20%電機額定轉(zhuǎn)矩）*制動前電機轉(zhuǎn)速）

在制動單元工作過程中，直流母線的電壓的升降取決于常數(shù)RC，R即為制動電阻的阻值，C為變頻器內(nèi)部電解電容的容量。這里制動 單元動作電壓值一般為710V。

C、然后進(jìn)行制動單元的選擇

在進(jìn)行制動單元的選擇時，制動單元的工作最大電流是選擇的唯一依據(jù)，其計算公式如下：

制動電流瞬間值=制動單元直流母線電壓值/制動電阻值

D、最后計算制動電阻的標(biāo)稱功率

由于制動電阻為短時工作制，因此根據(jù)電阻的特性和技術(shù)指標(biāo)，我們知道電阻的標(biāo)稱功率將小于通電時的

消耗功率，一般可用下式求得： 制動電阻標(biāo)稱功率 = 制動電阻降額系數(shù) X 制動期間平均消耗功率 X 制動使用率%

制動特點 能耗制動（電阻制動）的優(yōu)點是構(gòu)造簡單，缺點是運行效率降低，特別是在頻繁制動時將要消耗大量的能量，且制動電阻的容量將增大。

第五篇：基于電梯制動電阻回路免費升級研究

基于電梯制動電阻回路免費升級研究

摘 要：文章首先介紹電機能耗制動原理及電梯制動電路工作原理，詳細(xì)分析制動電阻的阻值和容量選擇，以供參考。

關(guān)鍵詞：電梯；制動；電阻；維修

一 電機能耗制動原理

由于電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，使交流調(diào)速傳動，尤其是性能優(yōu)異的變頻調(diào)速傳動得到飛速的發(fā)展。近年來，電梯變頻器的售價不斷下降，而其使用功能卻不斷提升和擴大，它現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電梯傳動裝置的驅(qū)動（如圖1所示）。在節(jié)能、省力、提高質(zhì)量、減少維修和提高舒適性等多方面都取得了令世人矚目的應(yīng)用效果。但是，有些電梯變頻器畢竟是近二十年來新出現(xiàn)的一種蘊涵多種高新技術(shù)的電力電子產(chǎn)品，在選型配套等方面還需有一個不斷完善的過程。

眾所周知，對于交流電機，能耗制動原理是：電動機切斷交流電源后，轉(zhuǎn)子因慣性仍繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，立即在兩相定子繞組中通入直流電，在定子中即產(chǎn)生一個靜止磁場。轉(zhuǎn)子切割這個靜止磁場而產(chǎn)生感應(yīng)電流，在靜止磁場中受到電磁力的作用。這個力產(chǎn)生的力矩與轉(zhuǎn)子慣性旋轉(zhuǎn)方向相反，稱為制動轉(zhuǎn)矩，它迫使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降至0，轉(zhuǎn)子不再切割磁場，電動機停轉(zhuǎn)，制動結(jié)束。此法是利用轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的能量切割磁通而產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩的，實質(zhì)是將轉(zhuǎn)子的動能消耗在轉(zhuǎn)子回路的電阻上，故稱為能耗制動。而能耗制動單元，主要是用于變頻調(diào)速系統(tǒng)中，與合適的制動電阻匹配后，將電機在減速過程中所產(chǎn)生的再生電能以熱能的形式消耗到電阻上，進(jìn)而達(dá)到系統(tǒng)所必須的、良好的快速制動效果。若不接制動單元，直接接電阻也是可以的（接線位置不同，具體查看相應(yīng)變頻器說明書），只是制動轉(zhuǎn)矩小（≤20%額定轉(zhuǎn)矩），制動時間較長，剎車較慢，適合不頻繁的制動的情況。而電梯是頻繁的起制動工況，故一般添加能耗制動單元。

當(dāng)電梯轎廂空載上升或重載下降時，拖動系統(tǒng)存在位能負(fù)荷下放。電動機將處于再生發(fā)電制動運行狀態(tài)，使電動機回饋的能量通過逆變環(huán)節(jié)中并聯(lián)的二極管流向直流環(huán)節(jié)的濾波電容器充電。當(dāng)回饋能量較大時，會引起直流環(huán)節(jié)電壓升高發(fā)生故障。當(dāng)然，電動機急速減速也會造成上述現(xiàn)象。解決辦法是在電梯變頻器直流環(huán)節(jié)并聯(lián)制動單元和制動電阻。制動單元是電梯變頻器一個可選組件，內(nèi)設(shè)檢測和控制電路，其工作時對電梯變頻器的直流回路電壓進(jìn)行在線檢測。當(dāng)電壓超過設(shè)定允許值時，觸發(fā)制動器晶體管導(dǎo)通，經(jīng)電阻釋放能量維持電梯變頻器的直流母線電壓在正常工作范圍內(nèi)，一個制動單元可并聯(lián)幾個電阻，視工況而定。對于小于30千瓦的變頻器，制動單元都是內(nèi)置的，而制動電阻都要外接。

二、電梯制動電路工作原理

變頻器在運行中有時頻繁啟動和制動，有時拖動具有位能的負(fù)載（例如：電梯滿載從上半部往下降落時制動），這將導(dǎo)致直流電路的電壓UD增高.從而產(chǎn)生過電壓，因此必須配接制動電阻，將濾波電容器 C 上多余的電荷釋放掉。變頻器的制動單元就相當(dāng)一個裝在直流回路和制動電阻之間的一個智能的開關(guān)，當(dāng)直流回路的電壓超過一定值時，這個開關(guān)就接通制動電阻，將直流回路與制動電阻接通，將多余的能量消耗在電阻上，從而避免直流回路過電壓。

電梯在急速下降的時候，電動機會產(chǎn)生很高的反沖電壓，如果不加上制動單元以及制動電阻來泄放掉這些電壓，會導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)過壓保護(hù)甚至炸壞內(nèi)部電容、模塊。而且，如果沒有制動電阻，變頻器內(nèi)部的過電壓失速控制保護(hù)起作用的時候，電梯會出現(xiàn)下降很緩慢，不能快速下降以及停車。

如圖2所示，是制動電阻，V 是制動單元。制動單元是一個控制開關(guān)，當(dāng)直流電路的電壓UD增高到一定限值時，開關(guān)接通，將制動電阻并聯(lián)到電容器 C 兩端，泄放電容器上存儲的過多電荷。其控制原理如圖 2 虛線框內(nèi)電路所示。電壓比較器的反向輸入端接一個穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓.而正向輸入端則通過電阻 R1 和 R2 對直流電路電壓UD取樣，當(dāng)UD數(shù)值超過一定限值時.正向端電壓超過反向端，電壓比較器的輸出端為高。經(jīng)驅(qū)動電路使 IGBT 管導(dǎo)通，制動電阻開始放電。當(dāng)UD電壓數(shù)值在正常范圍時，IGBT 管（絕緣柵雙極型功率管）截止，制動電阻退出工作。

IGBT 管是一種新型半導(dǎo)體元件，它兼有場效應(yīng)管輸入阻抗高、驅(qū)動電流小和雙極性晶體管增益高、工作電流大和工作電壓高的優(yōu)點.在變頻器中被普遍使用，除了制動電路外，其逆變電路中的開關(guān)管也幾乎清一色地選用 IGBT 管。

圖 2中的電阻 R 是限流電阻，可以限制開機瞬間電容器 C 較大的充電涌流。適當(dāng)延時后，交流接觸器 KM 觸點接通.將電阻 R 短路。有的變頻器在這里使用一只晶閘管，作用與此類似。

三、制動電阻的阻值和容量選擇

準(zhǔn)確計算制動電阻值的方法比較麻煩，必要性也不大。作為一種選配件，各變頻器的制造商推薦的制動電阻規(guī)格也不是很嚴(yán)格，而為了減少制動電阻的規(guī)格擋次，常常對若干種相鄰容量規(guī)格的電動機推薦相同阻值的制動電阻。取值范圍如下：

式中 制動電阻的阻值，單位：歐姆；

UDH直流電壓的上限值，即制動電阻投入工作的門檻電壓，單位：伏特；

IMN電動機的額定電流，單位：安培；

（1）式表明，制動電阻的大小，有一個允許的取值范圍。

制動電阻工作時消耗的功率，可依據(jù)（2）式計算：

式中 制動電阻工作時消耗的功率，單位：瓦特；

計算出的制動電阻功率值是假定其持續(xù)工作時的值，但實際情況絕非如此，因為每臺電梯使用工況是不一樣的。制動電阻只有變頻器和電梯曳引機在停機或制動時才進(jìn)入工作狀態(tài).因此，根據(jù)電梯曳引機制動的頻繁程度，式（2）計算出的結(jié)果應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)修正，修正系數(shù)可在 0.15～0.4 之間選擇。制動頻繁，或電動機功率較大時.取值大些；很少制動（電梯很少使用），或電動機功率較小時，取值小些。

變頻器說明書中都會推薦不同功率電動機應(yīng)該選擇的制動電阻規(guī)格，一般情況下選用推薦規(guī)格是沒有問題的。但是，推薦值對一種具體應(yīng)用來說.不一定是最佳值。運行中若有異常?？筛鶕?jù)上述原則進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。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(shù)。通常在工程上選用較多的是波紋電阻和鋁合金電阻兩種：前者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(hù)電阻絲不被老化，延長使用壽命；后者電阻器耐氣候性、耐震動性，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。

制動單元的功能是當(dāng)直流回路的電壓超過規(guī)定的限值時，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(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，或是對制動有特殊要求的工況中。從原理上講，二者并無區(qū)別，都是作為接通制動電阻的“開關(guān)”，它包括功率管、電壓采樣比較電路和驅(qū)動電路。

四、結(jié)束語

電梯制動電阻回路工作過程可以總結(jié)ABCDE五個環(huán)節(jié)，具體是：A、當(dāng)電梯轎廂空載上升或重載下降時，電梯曳引機在外力作用下減速、反轉(zhuǎn)，電機以發(fā)電狀態(tài)運行，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)制動單元開的狀態(tài)時，制動單元的功率管導(dǎo)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(zhuǎn)速降低，母線電壓也降低；D、母線電壓降至制動單元要關(guān)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(fù)ON/OFF過程，平衡母線電壓，使系統(tǒng)正常運行。

參考文獻(xiàn)

[1]朱昌明、洪教育、張惠橋編著.《電梯與自動扶梯原理、結(jié)構(gòu)、安裝、測試》上海交通大學(xué)出版社.1995年10月.[2] 劉競成，《交流調(diào)速系統(tǒng)》上海交通大學(xué)出版社.1987年5月.