第一篇：變頻調(diào)速器回饋制動單元的設(shè)計(jì)[最終版]

引言

隨著電力傳動及控制技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速越來越廣泛地應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)各領(lǐng)域，很好地解決了交流電動機(jī)的調(diào)速問題。而通用變頻器常采用交直流電壓型逆變器拓樸結(jié)構(gòu)，只能運(yùn)行在一、三象限。為獲得電動機(jī)的制動要求，常采用電阻吸收直流側(cè)的泵升能量，由于制動電阻放電時受電阻設(shè)計(jì)溫升的限制，只能規(guī)定在較短時間的制動；另一方面這種依靠電阻放電的制動模式無法實(shí)現(xiàn)快速的動態(tài)響應(yīng)；而對大功率變頻器，電阻制動更為困難。為此我們設(shè)計(jì)了一種采用PWMAC／DC變換器控制的變頻器能量回饋制動單元，與電阻放電制動相比，不僅獲得了快速的動態(tài)響應(yīng)，而且把制動電能回饋至電網(wǎng)，且能長期運(yùn)行，使變頻器真正實(shí)現(xiàn)了回象限運(yùn)行。另外能量回饋制動單元工作時其網(wǎng)側(cè)電流為正弦波并為單位功率因數(shù)，克服了可控硅有源逆變單元運(yùn)行時對電網(wǎng)的諧波污染?？刂葡到y(tǒng)的構(gòu)成及原理

如圖2—1，控制系統(tǒng)主電路采用單相PWMAC／DC變換器拓樸結(jié)構(gòu)，L為交流進(jìn)線電感以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流PWM控制，T1～T4采用IPM模塊，從而提高了功率開關(guān)工作的可靠性并簡化了硬件設(shè)計(jì)。

回饋單元的直流側(cè)并接于變頻器的直流母線PN端，交流側(cè)并接于電網(wǎng)。

系統(tǒng)采用80C196MC16位單片微處理器控制，即完成2-1虛框中的運(yùn)算與PWM波形生成任務(wù)?？刂葡到y(tǒng)要用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)結(jié)構(gòu)。電壓外環(huán)檢測變頻器直流側(cè)電壓，一旦變頻器快速降頻制動時，逆變器泵升電壓上升至回饋電壓V＊時，電壓環(huán)立即動態(tài)調(diào)節(jié)，使實(shí)際電壓穩(wěn)定在V＊附

近。為避免整流電路與回饋單元同時工作，V＊電壓值一般選擇為0．85 Vdm（Vdm為變頻器過壓保護(hù)值），并加入一定滯環(huán)以防振蕩。而電流環(huán)則按電壓調(diào)節(jié)要求迅速調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)電流使網(wǎng)側(cè)電流為正弦波且與電網(wǎng)電壓反相（功率因數(shù)為－1），使直流電能快速回饋至電網(wǎng)，其網(wǎng)側(cè)電流、電壓矢量如圖2—2所示。

在調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)上，外環(huán)電壓調(diào)節(jié)器采用積分分離PID算法使電壓控制具有動態(tài)響應(yīng)快、超調(diào)小等優(yōu)點(diǎn)，而電流環(huán)的電流控制則采用基于電壓前饋的電流無差拍控制，使網(wǎng)側(cè)電流具有快速跟隨性能。3 電流控制算法

如圖2—1，設(shè)Ve為純正弦波，Ve＝Vemsinωt；Vn為變流器交流端電壓的基波分量，則

式中R為輸入回路等效電阻?？紤]tn→tn＋T一個穩(wěn)態(tài)開關(guān)周期（T為開關(guān)周期），如果開關(guān)頻率足夠高，在一個穩(wěn)態(tài)開關(guān)周期中Ve可由對應(yīng)的瞬時值Ve（tn）代替。對式（3—1）在tn→tn＋T時段上離散化得：

式（3—5）表明：若按式（3—5）運(yùn)算并控制變流器交流端輸出電壓Vn（tn）就可以實(shí)現(xiàn)電流無差拍

控制，使系統(tǒng)具有較好的跟蹤性。而式（3—5）右邊如果忽略R則體現(xiàn)了電流控制系統(tǒng)具有電流反饋［i＊（tn）－i（tn）］加電壓前饋Ve（tn）的控制特性。

如果PWM調(diào)制采用三角波調(diào)制方案，并設(shè)三角波峰—峰值為2 h，調(diào)制波函數(shù)為y（t），顯然： 回饋單元容量參數(shù)設(shè)計(jì)

回饋單元容量參數(shù)主要包括回饋單元功率模塊電流參數(shù)和電壓參數(shù)。

由于回饋單元直流側(cè)與變頻器直流側(cè)并接，故功率模塊電壓參數(shù)應(yīng)與變頻器功率模塊電壓參數(shù)一致，如220V系列選擇600V耐壓模塊，380V系列選擇1 200V耐壓模塊。

下面討論回饋單元功率模塊電流參數(shù)的選擇。

這一參數(shù)主要通過最快啟動、制動能量傳遞的對比研究而定量獲得。

對于啟動過程，設(shè)變頻器驅(qū)動電動機(jī)由零速快速升速至所允許的最高轉(zhuǎn)速，其對應(yīng)的角速度為ωm，若變頻器采用最大電流（IBm）限流啟動模式，并設(shè)最短加速時間為T1，若變頻器采用線性V／f模式，則加速過程變頻器輸出電壓、電流曲線近似如圖4—1所示。

這里假設(shè)電機(jī)線性加速，變頻器線性升壓，此時變頻器輸出電能以驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)，由能量平衡關(guān)系 易得：

式中η1為變頻器輸

第二篇：選擇是用能耗制動單元？還是能量回饋單元？

選擇是用能耗制動單元？還是能量回饋單元？

制動的概念:指電能從電機(jī)側(cè)流到變頻器側(cè)（或供電電源側(cè)）,這時電機(jī)的轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速.負(fù)載的能量分為動能和勢能.動能(由速度和重量確定其大?。╇S著物體的運(yùn)動而累積。當(dāng)動能減為零時，該事物就處在停止?fàn)顟B(tài)。機(jī)械抱閘裝置的方法是用制動裝置把物體動能轉(zhuǎn)換為摩擦和能消耗掉。對于變頻器，如果輸出頻率降低，電機(jī)轉(zhuǎn)速將跟隨頻率同樣降低。這時會產(chǎn)生制動過程.由制動產(chǎn)生的功率將返回到變頻器側(cè)。這些功率可以用電阻發(fā)熱消耗。在用于提升類負(fù)載,在下降時, 能量(勢能)也要返回到變頻器(或電源)側(cè),進(jìn)行制動.這種操作方法被稱作“再生制動”，而該方法可應(yīng)用于變頻器制動。在減速期間，產(chǎn)生的功率如果不通過熱消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到變頻器電源側(cè)的方法叫做“功率返回再生方法”。在實(shí)際中，這種應(yīng)用需要“能量回饋單元”選件。選擇是用能耗制動單元？還是能量回饋單元？

一.能耗制動和回饋制動就效果而言，是一樣的。都是為電機(jī)提供制動電流的通路。二.如何選擇是用能耗制動單元？還是回饋單元？這要通過這兩種制動模式的特點(diǎn)來決定。前者如果100%長期連續(xù)工作，制動單元和制動電阻要選擇的功率足夠大，這對于大功率的制動帶來了不方便，比如說電阻的散熱問題和體積問題很突出呀，而后者，就可以連續(xù)的100%的工作。體積相對能耗制動而言很小。但是，能耗制動的成本比回饋制動的要小很多。

綜上得到的結(jié)論是：，對于短時制動的系統(tǒng)，毫不猶豫地選擇能耗制動單元+電阻，經(jīng)濟(jì)省錢。對于長期100%功率制動的系統(tǒng)，必須要采用能量回饋單元，沒商量。對于15kW以下的系統(tǒng)，推薦使用能耗制動，不論是短時的還是長期的。因?yàn)閺某杀旧险f是合算的（即便是100%的功率連續(xù)制動）。

第三篇：變頻調(diào)速器在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

變頻調(diào)速器在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用 1 引言

在工農(nóng)業(yè)行產(chǎn)各人們的日常生活中，經(jīng)常需要對一些物理量進(jìn)行控制，如空調(diào)系統(tǒng)的溫度、供水系統(tǒng)的水壓、通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量等，這些系統(tǒng)絕大多數(shù)是用交流電機(jī)驅(qū)動的。以前由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速無法方便調(diào)節(jié)，為了達(dá)到對上述物理量的控制，人們只好采用一些簡單的方法，如用檔板調(diào)節(jié)風(fēng)量，用閥門來調(diào)節(jié)流量壓力等，致使這些系統(tǒng)不僅達(dá)不到很好的調(diào)節(jié)效果，而且大量的電能被檔板和閥門白白浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國目前使用的風(fēng)機(jī)、水泵大約有25%的能量是無謂消耗。因此，國家經(jīng)貿(mào)委于1994年下發(fā)了763號文件《關(guān)于加強(qiáng)風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)能改造的意見》，鼓勵支持變頻節(jié)能技術(shù)在各行各業(yè)推廣使用。另外，根據(jù)交流電機(jī)的特性，要實(shí)現(xiàn)連續(xù)平滑的速度調(diào)節(jié)，最佳的方法就是采用變頻調(diào)速器，變頻器是將標(biāo)準(zhǔn)的交流電轉(zhuǎn)成頻率、電壓可變的交流電，供給電機(jī)并能對電機(jī)轉(zhuǎn)速成進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置。采用變頻器進(jìn)行風(fēng)機(jī)、水泵的節(jié)能改造，不僅避免了由于采用擋板或閥門造成的電能浪費(fèi)，而且還會極大提高控制和調(diào)節(jié)的精度，我們可以真正方便地實(shí)現(xiàn)恒溫空凋系統(tǒng)和恒壓供水系統(tǒng)。中央空調(diào)系統(tǒng)

大、中型中央空調(diào)由3部分組成:(1)制冷、制熱站(2)空調(diào)水管網(wǎng)系統(tǒng)

(3)空調(diào)末端裝置(空調(diào)機(jī)組，風(fēng)機(jī)盤管和新風(fēng)機(jī)組等)大、中型中央空調(diào)系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 大、中型中央空調(diào)系統(tǒng)框圖

工作原理:采用設(shè)備中的風(fēng)扇使室內(nèi)空氣循環(huán)，并通過設(shè)備中的冷、溫水盤管來冷卻和加熱，以達(dá)到空調(diào)的目的。盤管中的冷、溫水由機(jī)房中的制冷設(shè)備和鍋爐提供。

該系統(tǒng)的缺點(diǎn)是:設(shè)備配置較大，風(fēng)機(jī)噪音大。當(dāng)環(huán)境溫度變化或冷、熱負(fù)荷變化時，只能通過增減冷、溫水循環(huán)泵數(shù)量或使用擋風(fēng)板的方法來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，既耗費(fèi)能源又造成環(huán)境溫度波動。3 負(fù)載與節(jié)能關(guān)系

(1)負(fù)載類型與節(jié)能關(guān)系,生產(chǎn)機(jī)械各式各樣，種類繁多，但負(fù)載類型主要分3類，它們與節(jié)能的關(guān)系見表1

(2)幾種典型負(fù)載與節(jié)能關(guān)系

由于中央空調(diào)系統(tǒng)中都是各種風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載，根據(jù)流體學(xué)原理可知，P}n3，故應(yīng)用變頻器后，節(jié)能效果顯著。表2列出風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載應(yīng)用變頻器后，在不同流量Q、轉(zhuǎn)速n、由功率P(額定值的相對百分?jǐn)?shù))在某頻率值時的節(jié)能率。中央空調(diào)變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制依據(jù)

中央空調(diào)系統(tǒng)的外部熱交換由2個循環(huán)水系統(tǒng)來完成。循環(huán)水系統(tǒng)的回水與進(jìn)(出)水溫度之差，反映了需要進(jìn)行熱交換的熱量。因此，根據(jù)回水與進(jìn)(出)水溫度之差來控制循環(huán)水的流動速度，從而控制了熱交換的速度，是比較合理的控制方法。(1)冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的控制

由于冷凍水的出水溫度是冷凍機(jī)組“冷凍”的結(jié)果，常常是比較穩(wěn)定的。因此，單是回水溫度的高低就足以反映房間內(nèi)的溫度。所以，冷凍泵變頻調(diào)速系統(tǒng)，可以簡單地根據(jù)回水溫度進(jìn)行如下控制:回水溫度高，說明房間溫度高，應(yīng)提高冷凍泵的循環(huán)速度，以節(jié)約能源。反之則反?？傊瑢τ诶鋬鏊h(huán)系統(tǒng)，控制依據(jù)是回水溫度，即通過變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)回水的恒溫控制。原理圖見圖2。

圖2 冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的控制原理圖

(2)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制

由于冷卻塔的水溫是隨環(huán)境溫度而變的，其單測水溫不能準(zhǔn)確地反映冷凍機(jī)組內(nèi)產(chǎn)生熱量的多少。所以，對于冷卻泵，以進(jìn)水和回水間的溫差作為控制依據(jù)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)水和回水間的恒溫差控制是比較合理的。溫差大，說明冷凍機(jī)組產(chǎn)生的熱量大，應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，增大冷卻水的循環(huán)速度;溫差小，說明冷凍機(jī)組產(chǎn)生的熱量小，可以降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷卻水的循環(huán)速度，以節(jié)約能源。冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制原理圖見圖3。

圖3 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制原理圖 5 中央空調(diào)末端送風(fēng)機(jī)的變頻控制

隨著生活水平的提高，人們已開始關(guān)注生活與工作環(huán)境的舒適性。大型公共建筑(如商場、賓館、影劇院等)均設(shè)置有中央空調(diào)系統(tǒng)，而大多數(shù)中央空調(diào)的運(yùn)行，絕大部分末端機(jī)采用開/關(guān)控制方式，難以滿足人們對舒適感的要求。變頻技術(shù)的飛速發(fā)展，成本進(jìn)一步下降，使得這一要求成為現(xiàn)實(shí)。

圖4 手動調(diào)節(jié)控制終端

5.1 調(diào)節(jié)風(fēng)量

在中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷、暖的輸送介質(zhì)通常是水，在末端將與熱交換器充分接觸的清潔空氣由風(fēng)機(jī)直接送入室內(nèi)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)室溫的目的。

在輸送介質(zhì)(水)溫度恒定的情況下，改變送風(fēng)量可以改變帶入室內(nèi)的制冷(熱)量，從而較方便地調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。這樣，便可以根據(jù)自己的要求來設(shè)定需要的室溫。

調(diào)整風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以控制送風(fēng)量。使用變頻器對風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無級變速，在變頻的同時，輸出端的電壓亦隨之改變，從而節(jié)約了能源，降低了系統(tǒng)噪音，其經(jīng)濟(jì)性和舒適性是不言而喻的。5.2 控制方式的確立

(1)在室內(nèi)適當(dāng)?shù)奈恢?，安裝手動調(diào)節(jié)控制終端，如圖4所示，調(diào)速電位器VR和運(yùn)行開關(guān)KK置于控制終端盒內(nèi)，變頻器的集中供電由空氣開關(guān)控制，需要送電時在配電控制室直接操作。

調(diào)整頻率設(shè)定電位器VR，可以改變變頻器的輸出頻率，從而控制風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量，關(guān)閉時斷開KK即可，此方式成本低廉，隨意性強(qiáng)。

(2)當(dāng)室外溫度變化，或者冷/暖輸送介質(zhì)溫度發(fā)生改變時，將可能造成室溫隨之改變，對環(huán)境舒適要求較高的消費(fèi)群體，則可以采用自動恒溫運(yùn)行方式，如圖5所示。

圖5 自動恒溫運(yùn)行方式

選擇內(nèi)置PID軟件模塊的變頻器?？刂平K端的方式同手動方式。電位器用來設(shè)定溫度(而不是調(diào)整頻率)。變頻器通過采集來自反饋端VPF/IPF的溫度測量值，與給定值作比較，送入PID模塊運(yùn)算事自動改變U、V、W端子的輸出頻率，調(diào)整送風(fēng)量，達(dá)到自動恒溫運(yùn)行。

(3)送風(fēng)機(jī)的分布可能不是均勻的，對于稍大的室內(nèi)空間，則可以采用“區(qū)域溫度平均法”策略調(diào)節(jié)送風(fēng)量，以滿足特殊需要量場所。

(4)為降低成本，個別的變頻器可能沒有內(nèi)置PID軟件模塊，選用外加PID調(diào)節(jié)器即可。5.3 應(yīng)用方案的系統(tǒng)考慮

(1)共振(動):選擇末端送風(fēng)機(jī)時，應(yīng)考慮測試其在全轉(zhuǎn)速范圍的共振轉(zhuǎn)速點(diǎn)，應(yīng)避免電機(jī)工作于這樣的轉(zhuǎn)速區(qū)，通過設(shè)定變頻器的回避頻率及其寬度值，則可以避免電機(jī)運(yùn)行于該轉(zhuǎn)速區(qū)域。

(2)節(jié)能:風(fēng)機(jī)屬于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，應(yīng)用時，選擇風(fēng)機(jī)、泵類專用變頻器(亦稱為節(jié)能型變頻器)較好，并將其轉(zhuǎn)矩曲線(V/F)設(shè)定為“平方轉(zhuǎn)矩”，這樣可以達(dá)到較好的節(jié)能效果。

(3)安裝:變頻器應(yīng)裝于末端機(jī)的“隔離室”內(nèi)，除保證良好的散熱外，還應(yīng)讓其不置身于潮濕環(huán)境下。亦需考慮中央空調(diào)在制冷或制熱時末端機(jī)自身的溫度影響。

(4)頻率限制:電機(jī)轉(zhuǎn)速較低時，散熱效果較差:轉(zhuǎn)速過大，則會引起因風(fēng)速過高而造成的不適當(dāng)狀態(tài)，如制冷時，可能因風(fēng)速過大，致辭使冷凝水不能被吸水盤完全接收，造成外漏。應(yīng)選擇適宜的上、下限頻率，下限頻率以不小于15Hz為宜，上限頻率不要超過60Hz，根據(jù)最大風(fēng)速確定。

(5)載波頻率:將變頻器的載波頻率適當(dāng)提高，則可以降低電機(jī)運(yùn)行噪音，提高環(huán)境質(zhì)量。

(6)多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時，若電機(jī)距離變頻器較遠(yuǎn)，則需調(diào)整載波頻率，以避免引起電機(jī)電流振蕩。6 機(jī)組臺數(shù)控制

(1)某大廈基本工況:3臺機(jī)組，一用兩備，根據(jù)大廈的熱負(fù)荷量自動控制機(jī)組運(yùn)行臺數(shù)，自動保持各機(jī)組運(yùn)行時間基本一致，達(dá)到最低能耗，達(dá)到最低的主機(jī)折舊。(2)解決方案

基本思路:根據(jù)回流量，供/回水溫度來調(diào)節(jié)機(jī)組運(yùn)行臺數(shù)，負(fù)荷計(jì)算根據(jù): Q=C×m×|T1-T2|∣ 注:C常數(shù);m回水流量;T1回水溫度;T2供水溫度 當(dāng)負(fù)荷大于單臺機(jī)組80%，則第2臺機(jī)組備份;當(dāng)負(fù)荷大于前2臺機(jī)組的負(fù)荷總量的80%，則第3臺機(jī)組運(yùn)行(80%該數(shù)值可調(diào))。

采用PLC作為主控制器，采用摸擬量模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。原理圖如圖6所示。

圖6 某大廈控制原理

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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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：變頻調(diào)速的電氣制動方式及應(yīng)用

變頻調(diào)速的電氣制動方式及應(yīng)用

摘 要：隨著變頻器在各種生產(chǎn)機(jī)械的應(yīng)用越來越多，根據(jù)實(shí)際情況選擇經(jīng)濟(jì)有效的制動方法與制動功能是設(shè)計(jì)交流變頻調(diào)速系統(tǒng)十分重要的環(huán)節(jié)，也是設(shè)備安全運(yùn)行的重要保證。本文詳細(xì)分析了變頻調(diào)速的電氣制動原理及制動電阻的選擇計(jì)算，并對電氣制動方式的不同種類及應(yīng)用進(jìn)行了詳盡的介紹。關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速；電氣制動；應(yīng)用 引言

隨著電力電子技術(shù)和自動化技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，各類低壓變頻器的性能也越來越先進(jìn)，應(yīng)用范圍越來越廣泛。無論是在調(diào)速節(jié)能運(yùn)行、提高生產(chǎn)效率、適應(yīng)生產(chǎn)工藝要求、提高產(chǎn)品質(zhì)量方面，還是在設(shè)備設(shè)計(jì)合理化和簡單化、減少維護(hù)成本、改善和適應(yīng)環(huán)境等方面都有了廣泛的應(yīng)用。在變頻器應(yīng)用中，在使運(yùn)動的機(jī)構(gòu)減速或者停止、勢能負(fù)載的下落拖動、多級傳動的同步控制及應(yīng)對負(fù)載的突變或在設(shè)備出現(xiàn)事故需要緊急停車時，都需要應(yīng)用到變頻器的制動方式。根據(jù)實(shí)際情況選擇經(jīng)濟(jì)有效的制動方法與制動功能不但是設(shè)計(jì)交流變頻調(diào)速系統(tǒng)十分重要的環(huán)節(jié)。也是設(shè)備安全運(yùn)行的重要保證。要對變頻調(diào)速的制動方式進(jìn)行合理的設(shè)置應(yīng)用，就必須對變頻調(diào)速制動控制的原理及應(yīng)用范圍足夠的了解。變頻調(diào)速的電氣制動原理及分類 在通用變頻調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電動機(jī)減速或者拖動位能負(fù)載下降時，異步電動機(jī)將處于再生發(fā)電狀態(tài)，傳動系統(tǒng)中所儲存的機(jī)械能經(jīng)異步電動機(jī)轉(zhuǎn)化電能。這種工作狀態(tài)下，電動機(jī)處于再生制動狀態(tài)，這種制動方式被稱為再生制動。在電動機(jī)處于再生發(fā)電制動狀態(tài)時，逆變器的六個回饋二極管將產(chǎn)生的電能回饋到直流側(cè)，此時的逆變器處于整流狀態(tài)。如果在標(biāo)準(zhǔn)型的變頻器（網(wǎng)側(cè)變流器為不控的二極管整流橋）中不采取另外的措施，這部分能量將導(dǎo)致中間回路的儲電電容器的電壓上升。如果電動機(jī)的制動并不太快，電容器電壓升高的值并不明顯，一但電動機(jī)恢復(fù)到電動狀態(tài)，這部分能量又會被負(fù)載重新利用。但在頻繁制動或負(fù)載為提升較重重物負(fù)載下降時，電容器的電壓升高就會過快過大，變頻器內(nèi)的保護(hù)裝置就會動作，對變頻器進(jìn)行過壓保護(hù)。

制動問題的實(shí)質(zhì)在于機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，電能儲存在變頻器的中間環(huán)節(jié)電解電容中，制動方案就是如何保證中間環(huán)節(jié)電解電容的電壓不超過變頻器允許的范圍。因此，解決制動問題的方法有二: 一是改變系統(tǒng)控制策略，合理設(shè)置變頻器參數(shù)，避免電機(jī)出現(xiàn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，從源頭上消除能量的持續(xù)累積;二是將不斷積累的能量通過系統(tǒng)內(nèi)部交換或者一定的渠道瀉放掉，即采用共用直流母線、能耗制動或者回饋制動等策略。

還有一種制動方式叫能耗制動，即再異步電動機(jī)定子通入直流電流，來達(dá)到機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確停車或起動前制止電動機(jī)由外界因素引起的不規(guī)則旋轉(zhuǎn)。還可用于消除驅(qū)動系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速接近于零時的“爬行”現(xiàn)象。電氣制動方式的應(yīng)用

⑴再生制動

再生制動主要發(fā)生在設(shè)備的穩(wěn)速運(yùn)行和減速過程中。在變頻器應(yīng)用中，對再生制動方式的選擇應(yīng)用主要目的是解決異步電動機(jī)處于再生發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)時產(chǎn)生的能量問題。為了處理電動機(jī)的再生制動電能，一般大致可歸類為兩種處理方式：

① 耗散到直流回路中與電容器并聯(lián)的“制動電阻”中。這種方式又叫動力制動（有的文章又叫能耗制動）。一般情況下，若系統(tǒng)制動轉(zhuǎn)矩不大于電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的20%時，則不需要另外的制動電阻，僅電動機(jī)內(nèi)部的有功損耗的作用就可以使中間直流回路電壓限制在電壓保護(hù)的水平之下。

在小功率的通用變頻器，制動電阻內(nèi)置于變頻器內(nèi)或直接外接于變頻器對應(yīng)端子。在制動功率較大的情況下，多數(shù)變頻控制系統(tǒng)采用制動單元加制動電阻（或采用多個制動單元并聯(lián)）的接線方式。制動單元就是在直流母線回路中加接一檢測直流母線電壓的IGBT管，一旦直流母線回路電壓超過一定的界限，該晶體管導(dǎo)通，并將過剩的電能通過與之相連接的制動電阻器轉(zhuǎn)化為熱能耗。通過制動電阻耗散這部分能量后，使電動機(jī)的制動能力大幅提高，同時縮短了機(jī)械設(shè)備減速時間，提高了生產(chǎn)效率。動力制動控制方式簡單，成本低，但節(jié)能效果不如回饋制動。

對于制動電阻的選擇，包括制動電阻的阻值及容量可以按照下列式計(jì)算：

RBO?UC20.1047??TB?0.2TM??n1(?）

式中UC——直流回路電壓（V）；

TB——制動轉(zhuǎn)矩（N·m）；

TM——電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩（N·m）；

n1——開始減速時速度（r/min）；

本式中0.2 TM指電動機(jī)內(nèi)部的有功損耗可以折合成制動轉(zhuǎn)矩的部分。

由于受到制動晶體管最大允許電流IC的限制，制動電阻的最小允許值RMIN（Ω）為 Rmin?UCIC

式中UC為直流回路電壓(V)。

因此，選用的直流制動電阻RB應(yīng)按照RMIN＜RB＜RBO的關(guān)系來決定。制動電阻平均消耗功率PRO的計(jì)算公式為： Pro?0.1047?(TB?0.2TM)?n1?n22?10?3（KW）

式中n1為減速開始速度(r/min)；n2為減速結(jié)束速度(r/min)。制動電阻額定功率Pr的計(jì)算：

Pr?Prom（KW）

式中m為電阻器的允許功率增加系數(shù)，其大小與制動電阻使用率有關(guān)。使用率越高，m值越小。二者的關(guān)系圖可查閱相關(guān)資料。根據(jù)如上計(jì)算的RBO和Pr，可在市場上選用合乎要求的標(biāo)準(zhǔn)電阻器。電阻值選擇越小，制動力矩越大，流過制動單元的電流越大。當(dāng)在快速制動出現(xiàn)過電壓時,說明電阻值過大來不及放電，應(yīng)減少電阻值。在電阻器安裝時應(yīng)考慮電阻器的散熱問題。

公共直流母線系統(tǒng)也是能耗制動的一種方式。應(yīng)用于兩臺或者兩臺以上變頻器運(yùn)行的多電機(jī)傳動系統(tǒng)中。在該系統(tǒng)中，往往存在一部分變頻器在電動運(yùn)行和另外一部分在發(fā)電運(yùn)行的情況。如果能夠全部或者部分有選擇的將電動與發(fā)電運(yùn)行變頻器的直流母線連接起來，處于制動狀態(tài)的電機(jī)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，可以保證發(fā)電制動的能量得到及時的利用，防止母線電壓的上升，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。這樣可以做到既節(jié)能、又環(huán)保，大大減小了制動組件或者回饋組件的功率，降低了整個系統(tǒng)的成本。在此方案中，母線并聯(lián)必須串入快速熔斷器來防止個別單元損壞后造成故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。這里需要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)的是，快速熔斷器的容量必須以對應(yīng)變頻器的容量作為選擇依據(jù)。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。

②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。通過網(wǎng)側(cè)可逆變流器（或其他形式可逆變流器）使之回饋到電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)制動的這種方式又叫回饋制動?；仞佒苿拥脑硎牵寒?dāng)給定頻率下降時，如果電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的情況，這時電機(jī)處于再生制動的狀態(tài)。如果此時有回饋制動單元，那么它可以將電機(jī)再生的電能反饋到電網(wǎng)中，從而使整個調(diào)速系統(tǒng)處于回饋制動狀態(tài)，不但節(jié)省了能源，還增大了制動轉(zhuǎn)矩。這對于中大功率電機(jī)、開卷機(jī)和起重機(jī)械下放重物的工作狀態(tài)來說，尤為重要。

整流回饋單元既能為變頻器提供公共直流電源，又能使電機(jī)制動的能量回饋電網(wǎng)，因此它適用于回饋能量較多的系統(tǒng)，同時也可以由一臺整流回饋單元構(gòu)成公共直流母線下掛多臺變頻器的形式?；仞佒苿臃绞诫m然節(jié)能效果好，能連續(xù)長時間制動，但控制復(fù)雜，且成本比較高，對電網(wǎng)要求高，所以采用的不多。

需要注意的是，回饋制動單元也稱為有源逆變單元，實(shí)現(xiàn)有源逆變的兩個基本條件是：主線路應(yīng)有一個具有較高質(zhì)量的不低于90%額定值的交流電源；主線路的設(shè)計(jì)功率必須足夠大（相當(dāng)于所連接變頻器總功率的100倍）。

⑵直流制動（又稱DC制動）

直流制動一般應(yīng)用在設(shè)備靜止或減速后使設(shè)備靜止的過程中。直流制動是指變頻器向異步電動機(jī)的定子通直流電，異步電動機(jī)處于直流制動狀態(tài)的情況。這種情況下變頻器的輸出頻率為零，異步電動機(jī)的定子形成一個固定的磁場，旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)轉(zhuǎn)子切割這個靜止的磁場而產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。機(jī)械動能轉(zhuǎn)換成電能消耗于異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中。通用變頻器對直流能耗制動的控制，主要通過設(shè)定DC直流制動起始頻率fBD，制動電流IDB和制動時間tDB來實(shí)現(xiàn)。

通常情況下，起始制動頻率不易設(shè)定太高，太高時，異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電流的頻率和幅度都相當(dāng)大，轉(zhuǎn)子鐵損也就會很大，導(dǎo)致電動機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重。特別是對于要求頻繁制動停車的生產(chǎn)機(jī)械，更不易將fDB設(shè)得太高，不然電動機(jī)將過熱嚴(yán)重。對于IDB的設(shè)定，實(shí)際上是對異步電動機(jī)定子電流的設(shè)定。制動電流IDB不同，則制動狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩特性亦不同。電動機(jī)fBD所對應(yīng)

圖3 利用直流制動實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確停車

圖4 運(yùn)行前的直流制動停止

轉(zhuǎn)速到零所用的時間由旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的GD生產(chǎn)機(jī)械的靜阻力矩和變頻器的IDB等共同決定。如果這個時間大于變頻器內(nèi)的最大允許設(shè)定tDB，則電動機(jī)可能進(jìn)入自由停車的滑行狀態(tài)，在設(shè)定時應(yīng)當(dāng)注意這一點(diǎn)。

圖

3、圖4是直流制動應(yīng)用的兩種情況的時序圖。直流制動時序圖因變頻器內(nèi)部參數(shù)設(shè)置的不同會有所不同。其中IDB為制動電流；tDB為制動時間； fBD在圖3中指制動起始頻率；在圖4中指起動頻率。結(jié)束語

以上談到的制動都是電動機(jī)由變頻器系統(tǒng)控制的制動，均屬于電氣制動方式。如果變頻器參數(shù)調(diào)整得當(dāng)，電動機(jī)經(jīng)歷再生制動減速和直流制動最終停止，生產(chǎn)機(jī)械將準(zhǔn)確地停止在預(yù)定位置上。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械靜止并需要保持靜止的制動時，則應(yīng)采用機(jī)械制動。作為靜止保持或者萬一變頻器等出現(xiàn)故障的一種補(bǔ)救措施，機(jī)械制動器是必不可少的。例如吊車提升機(jī)構(gòu)，重物在空中靜止的工況常采用機(jī)械抱閘實(shí)現(xiàn)靜止保持。在變頻器控制系統(tǒng)中，一般是電氣制動先于機(jī)械抱閘制動，這樣機(jī)械抱閘幾乎僅在靜止中使用，則大大降低了機(jī)械抱閘帶來的沖擊和閘襯（閘皮）磨損。通過對電氣制動的合理設(shè)置應(yīng)用，減少了機(jī)械維修量和維修費(fèi)用，提高了機(jī)械使用壽命和設(shè)備安全性能。參考文獻(xiàn)

［1］通用變頻器及其應(yīng)用（第二版）/韓安榮主編

北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2000 ［2］VACON CX/CXL/CXS變頻器用戶手冊 注：文中附圖為CAD圖