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(yùn)行狀態(tài)，即電動和發(fā)電。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(jī)從電動狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)；與此同時，電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩變成了制動轉(zhuǎn)矩Te，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速下降，電機(jī)處于再生制動狀態(tài)。電機(jī)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(shí)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(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(jī)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(jī)在外力作用下減速、反轉(zhuǎn)時（包括被拖動），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(jī)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(yùn)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(jī)制動時，電機(jī)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(diǎn)

能耗制動（電阻制動）的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單，缺點(diǎn)是運(yùn)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(yùn)行的電機(jī)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(jì)效益的問題。于是，回饋制動成為人們討論的焦點(diǎn)，然而在目前大部分的通用變頻器還不能通過單獨(dú)的一臺變頻器來實(shí)現(xiàn)再生能量的情況下，如何用最簡單的辦法來實(shí)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(jī)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(jī)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(jī)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(shí)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(jī)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(jī)械、印刷機(jī)械、離心分離機(jī)以及系統(tǒng)驅(qū)動等。在這些應(yīng)用中，有一個共同的特點(diǎn)：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(jī)），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(jī)為例進(jìn)行應(yīng)用說明。過濾式螺旋卸料離心機(jī)，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(jī)的核心是過濾型轉(zhuǎn)鼓，利用主機(jī)和副機(jī)的差轉(zhuǎn)速來控制卸料速度，并實(shí)現(xiàn)無人安全操作。在處理過程中，主機(jī)始終處于電動狀態(tài)，而副機(jī)則由于轉(zhuǎn)速差的作用，基本上處于發(fā)電狀態(tài)。主機(jī)和副機(jī)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(jī)供電也是由主機(jī)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(jī)不僅效率提高，而且節(jié)能效果好、運(yùn)行平穩(wěn)、維護(hù)簡單。

3.3 制動特點(diǎn)

采用共用直流母線的制動方式，具有以下顯著的特點(diǎn)：

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(jì)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(jī)工作在不同狀態(tài)下，能量回饋互補(bǔ)，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?；仞伒浇涣麟娋W(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(shí)現(xiàn)從電機(jī)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(shí)現(xiàn)。

4.1 工作原理

要實(shí)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(shí)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(shí)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(diǎn)

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(yùn)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(jī)傳動系統(tǒng)中，每一單機(jī)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(yùn)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(jī)拖動大慣量負(fù)載（如離心機(jī)、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(jī)拖動位能負(fù)載（如電梯，起重機(jī)，礦井提升機(jī)等）；電機(jī)經(jīng)常處于被拖動狀態(tài)（如離心機(jī)副機(jī)、造紙機(jī)導(dǎo)紙輥電機(jī)、化纖機(jī)械牽伸機(jī)等）。以上幾類負(fù)載的共同特點(diǎn)，要求電機(jī)不僅運(yùn)行于電動狀態(tài)（一、三象限），而且要運(yùn)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?。本文試圖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(diǎn)。

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(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，轉(zhuǎn)子電流的相位幾乎改變了180度，電機(jī)從電動狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)；與此同時，電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩變成了制動轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速下降，電機(jī)處于再生制動狀態(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(shí)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(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(jī)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(shí)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(shí)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(jī)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(jī)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(jī)，在對曳引鋼絲繩進(jìn)行精確補(bǔ)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(jī)。這就是因?yàn)闊o論是8層8站，還是17層17站，兩臺電梯在運(yùn)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(jī)。

電梯每一次運(yùn)行中所消耗的電能就是該電梯的瞬時功率對于運(yùn)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(jī)輸出的瞬時功率P的大小取決于電機(jī)的輸出力距M與電機(jī)轉(zhuǎn)速η的乘積。每臺電梯的運(yùn)行速度曲線都是固定不變的，那么電機(jī)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(jī)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(yùn)行方向與這種不平衡轉(zhuǎn)矩反向時，則電機(jī)要付出較大的力矩，當(dāng)然就要消耗更大的電能。如運(yùn)行方向與其一致時，則電機(jī)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(yùn)行時，電機(jī)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(yùn)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(jī)的轉(zhuǎn)速大于變頻器的輸出轉(zhuǎn)速時，此時電機(jī)由“電動”狀態(tài)進(jìn)入“動電”狀態(tài)，使電動機(jī)暫時變成了發(fā)電機(jī)。負(fù)載電機(jī)的反發(fā)電能量，又稱為再生能量。

一些特殊機(jī)械，如礦用提升機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、高速電梯等，當(dāng)電動機(jī)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(jī)械系統(tǒng)的位能和勢能作用，會使變頻器的實(shí)際轉(zhuǎn)速有可能超過變頻器的給定轉(zhuǎn)速，電機(jī)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(jī)因有了容性勵磁電流，進(jìn)而產(chǎn)生勵磁磁動勢，電動機(jī)自勵發(fā)電，向供電電源回饋能量。這是一個電動機(jī)將機(jī)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(jī)體內(nèi)。但較大功率的變頻器，則根據(jù)負(fù)載運(yùn)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(jī)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(diǎn)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(shí)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(fèi)，用單管的IGBT模塊就可以的呀。保護(hù)電路是電子電路和機(jī)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(yùn)算放大器、CD4081BE四2輸入與門電路和7555（NE555）時基電路等構(gòu)成?？刂圃砗喪鋈缦拢?/p>

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(diǎn)整定電壓。LED1兼作電源指示燈。因LM393為開路集電極輸出式運(yùn)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(diǎn)電壓隨輸出而浮動，避免了在一個點(diǎn)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(shí)質(zhì)上，運(yùn)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(diǎn)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?；?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(bǔ)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(jī)器作為主機(jī)，實(shí)施制動動作，并將制動命令經(jīng)端子OUT+、OUT-傳送給其它從機(jī)；當(dāng)主/從控制開關(guān)撥至下端時，本機(jī)器即做為從機(jī)，從端子IN+、IN-接受主機(jī)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(jī)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(shí)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(shí)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(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，轉(zhuǎn)子電流的相位幾乎改變了180度，電機(jī)從電動狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)；與此同時，電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩變成了制動轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速下降，電機(jī)處于再生制動狀態(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(shí)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(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(jī)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(jī)在外力作用下減速、反轉(zhuǎn)時（包括被拖動），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(jī)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(yùn)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(jī)轉(zhuǎn)動慣量+電機(jī)負(fù)載測折算到電機(jī)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(jī)制動時，電機(jī)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(jī)額定轉(zhuǎn)矩）*制動前電機(jī)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(diǎn) 能耗制動（電阻制動）的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單，缺點(diǎn)是運(yùn)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(fèi)升級研究

基于電梯制動電阻回路免費(fèi)升級研究

摘 要：文章首先介紹電機(jī)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(jī)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(kuò)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(yùn)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(jī)，能耗制動原理是：電動機(jī)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(jī)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(shí)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(jī)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?。ā?0%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(jī)將處于再生發(fā)電制動運(yùn)行狀態(tài)，使電動機(jī)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(jī)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(yùn)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(jī)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(diǎn).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(jī)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(diǎn)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(jī)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(jī)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(shí)際情況絕非如此，因?yàn)槊颗_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(jī)在停機(jī)或制動時才進(jìn)入工作狀態(tài).因此，根據(jù)電梯曳引機(jī)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(jī)功率較大時.取值大些；很少制動（電梯很少使用），或電動機(jī)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(jī)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(yùn)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(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(jī)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(jī)在外力作用下減速、反轉(zhuǎn)，電機(jī)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(jī)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(yùn)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.