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變頻器制動電阻的作用

時(shí)間:2023/3/10閱讀:1114
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變頻器制動電阻的作用

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(shí),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);

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與此同時(shí),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(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。因此在機(jī)械慣性比較大的系統(tǒng)中,需要采用制動電阻,如升降機(jī)、數(shù)控機(jī)床、提升機(jī)等。

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一、變頻器制動電阻的作用

制動電阻使用率規(guī)定了制動電阻的使用效率,以避免制動電阻過熱而損壞,它會影響制動單元的制動效果。制動電阻的使用率設(shè)置越低,電阻的發(fā)熱程度越小,電阻上消耗的能量越少,制動效果越差。同時(shí),制動單元的容量也沒有得到充分利用。理論上講,制動電阻使用率為100時(shí),對制動單元容量的利用最充分,制動效果也明顯,然而這需要較大的制動電阻功率的代價(jià),使用者應(yīng)綜合考慮。在制動電阻阻值和功率都已經(jīng)確定的前提下,對于減速較慢的大慣性負(fù)載,選取較低的電阻使用率會取得較好的效果。對于需要快速停機(jī)的負(fù)載,宜選取較大制動電阻使用率。

非重復(fù)制動:所謂非重復(fù)制動,是指拖動系統(tǒng)在一個(gè)相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)只有一次減速制動過程,因此制動電阻在該段時(shí)間內(nèi)只有一次消耗能量的過程,制動電阻的功率也因此可以進(jìn)一步減小,減小的幅度決定于制動電阻的耐沖擊能力和單次減速制動的動作時(shí)間。

重復(fù)制動:有些機(jī)械是需要反復(fù)制動的,如起重機(jī)械和龍門刨床等,在重復(fù)制動且制動時(shí)間較短的情況下,制動電阻的選用功率P 選用與制動占空比(每次制動時(shí)間tb與每兩次制動之間的時(shí)間間隔tc之比tb/tc)有近似線性關(guān)系。制動占空比越小,制動電阻功率的降額使用的幅度越大(P 選用/P 額越小)。

二、變頻器在哪些情況下需要配制動電阻

變頻器配制動電阻,主要是想通過制動電阻來消耗掉直流母線電容上的一部分能量,避免電容的電壓過高。理論上如果電容存儲的能量多,可以用來釋放出來驅(qū)動電機(jī),避免能量浪費(fèi),但是電容的容量有限,而電容的耐壓也是有限的,當(dāng)母線電容的電壓高到一定程度,就可能會損壞電容了,有些還可能損壞IGBT,所以需要及時(shí)通過制動電阻來釋放電,這種釋放,是白白浪費(fèi)掉的,是一種沒有辦法的做法。

1、母線電容是個(gè)緩沖區(qū),容納能量有限

三相交流電全部整流后,接入電容,滿載運(yùn)行時(shí)候,母線正常的電壓大約是1.35倍,380*1.35=513伏,這個(gè)電壓當(dāng)然會實(shí)時(shí)波動的,但是不能低于480伏,否則會欠壓報(bào)警保護(hù)。母線電容一般是兩組450V電解電容串聯(lián)而成,理論耐壓是900V,如果母線電壓超過這個(gè)值,電容會直接爆掉了,所以母線電壓是無論如何都不能達(dá)到900伏這么高壓的。

實(shí)際上,三相380伏輸入的IGBT的耐壓值是1200伏,往往要求工作在800伏以內(nèi),考慮到電壓如果升高,都會有個(gè)慣性問題,也就是你馬上讓制動電阻工作了,母線電壓也不會很快降低下來,所以很多變頻器,都是設(shè)計(jì)在700伏左右就通過制動單元讓制動電阻開始工作,讓母線電壓降低下來,避免往上繼續(xù)沖。

所以制動電阻設(shè)計(jì),核心就是考慮到電容和IGBT模塊的耐壓問題,避免這兩大重要的器件被母線的高電壓沖壞掉了,這兩類元件如果壞掉了,變頻器也就無法正常工作了。

2、快速停車要制動電阻,瞬間加速也需要

變頻器母線電壓之所以會變高,很多時(shí)候是變頻器讓電機(jī)工作在電子制動狀態(tài),讓IGBT通過一定的導(dǎo)通順序,利用電機(jī)是大電感電流不能突變,瞬間產(chǎn)生高壓來往母線電容充電,這時(shí)候讓電機(jī)快點(diǎn)降低速度下來。如果這時(shí)候沒有制動電阻及時(shí)消耗掉母線的能量,母線電壓將會持續(xù)變高而威脅變頻器的安全了。

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如果負(fù)載不是很重,也沒有什么快速停車要求,這種場合是不需要使用制動電阻的,即使你裝了制動電阻,制動單元的工作閥值電壓沒有被觸發(fā),制動電阻也不會投入工作。

除了大負(fù)荷減速場合需要增加制動電阻和制動單元來快速剎車外,實(shí)際上如果符合比較重,啟動時(shí)間時(shí)間要求非??炷欠N,也需要制動單元和制動電阻來配合啟動的,以往我試過用變頻器帶動一種特殊的沖床,要求把變頻器的加速時(shí)間設(shè)計(jì)成0.1秒,這時(shí)候滿負(fù)荷啟動,雖然負(fù)荷并不是非常重,但是因?yàn)榧铀贂r(shí)間太短了,這時(shí)候母線電壓波動非常厲害,也會出現(xiàn)過壓或者過流的情況,后來增加了外置的制動單元和制動電阻,變頻器就能正常工作了。分析起來,是因?yàn)閱訒r(shí)間太短,母線電容的電壓瞬間被掏空了,而整流器瞬間有大的電流充進(jìn)來,引起母線電壓突然變高,這樣母線的電壓波動太厲害,瞬間可能會超過了700伏,加上了制動電阻,就可以及時(shí)消除這個(gè)波動的高壓,讓變頻器工作在正常狀態(tài)。

還有一種特殊的情況,是矢量控制場合,電機(jī)的扭矩和速度方向相反,或者工作在零轉(zhuǎn)速扭矩輸出的場合,比如吊機(jī)掉了重物停在半空中,收放卷場合需要力矩控制,都需要讓電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài),源源不斷的電流會反充到母線電容中,通過制動電阻,就可以及時(shí)消耗掉這些能量,保持母線電壓平衡穩(wěn)定了。

很多小變頻器,比如3.7KW的,往往都內(nèi)置了制動單元和制動電阻,應(yīng)該是考慮到母線電容調(diào)小的緣由吧,而小功率的電阻和制動單元并沒有那么貴


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