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变频器制动电阻的确定


引言
在通用变频器、异步电动机和机械负载所组成的变频调速传动系统中,当电动机减速或所传动的位能负载下放时,异步电动机将处于再生发电制动状态。传动系统中所储存的机械能经异步电动机转换成电能,通过逆变器的续流二极管整流后回馈到直流侧,致使直流侧储能电容器的电压上升。如果电动机的制动并不快,电容器的电压升高就不十分明显。相反,如果电动机制动较快时,电容器的电压会上升很高,过高的电压会使变频器中的“制动过电压保护”动作,甚至造成变频器损坏。
目前,在变频调速系统中,电动机的快速制动或准确停车,一般采用动力制动和再生制动。对于动力制动方式,系统所需的制动转矩在电动机额定转矩的20%以下且制动并不快时,则不需要外接制动电阻,仅电动机内部的有功损耗,就可以使直流侧电压限制在过电压保护的动作值以下。反之,则需要选择制动电阻来耗散电动机再生的这部分能量。

1 变频器动力制动原理
1.1 变频器电压检测及驱动电路

为了实现电气制动,变频器的直流侧必须设置电压检测电路,检测电容器的电压,以实现能耗制动。图1为一种电压检测电路的工作原理图。
电压检测电路主要由电压采样电阻R1、R2、R3,滞环比较器LM399,逻辑转换器件等组成。电压采样回路直接检测变频器直流侧电容器C两端的电压,当被检测电压值超过设定的允许值时,滞环比较器翻转,输出端接近0V,经逻辑转换后,触发制动晶体管V导通,经过电阻R0释放,使电压下降;反之,当检测电压低于设定值时,滞环比较器翻转回原状态,使V关断。
特别强调的是,滞环比较器上下限值的设定很重要。一般选择原则:上限电压设定为正常直流电压的1.3倍,下限电压应考虑电网正常电压的波动,一般整定为略高于电网电压向上波动的蕞大值。

1.2 变频器制动单元
如图2 虚线框所示为制动单元PW 的实际电路,包括晶体管V、二极管D1、D2和制动电阻RB。

如果回馈能量较大或要求强制动时,还可以选用接于H、G两点间的外接制动电阻REB。当电机制动能量经逆变器回馈到直流侧时,通过V的导通消耗在制动电阻RB或RB//REB上,实现限制电压保护动作的目的。因此,外接电阻REB正常时不消耗能量,是间歇式工作。
2 制动电阻的选择

2.2 制动电阻的计算

在用外接制动电阻进行制动时,外接电阻应能吸取负载位能所转变的电能的80%,其中20%可通过电机以热能耗散的形式被消耗,此时制动电阻值

由于V 和RB、REB构成的放电回路中,其蕞大电流受到V的蕞大允许电流IC(已考虑安全系数)的限

2.3 制动时平均消耗功率的计算
如2.2中所述,制动中电动机自身消耗的功率相当于20%额定制动功率,则制动电阻上消耗的平均功率

2.4 制动电阻额定功率PR的计算
视电动机是否重复减速,制动电阻额定功率的选择是不同的,图3所示为电动机减速模式。当非重复减速时,制动电阻的间歇时间(T-tS)>600s。通常采用连续工作制电阻器,当间歇制动时,电阻器的允许功率将增加。允许功率增加系数m与减速时间的关系如图4(a)所示。重复减速情况下,允许功率增加系数m和制动电阻使用率D越tS/T之间的关系曲线
如图4(b)所示。根据电动机运行的模式,可以确定制动时平均消耗功率和电阻器的允许功率增加系数,据此可以得

3 结语
制动单元电阻的正确选择应用,可以缩短大惯量负载的自由停车时间,实现快速停车或准确停车;还可以在位能负载下放时,实现再生运行。我厂电解车间多功能机组设计时没有考虑增设制动电阻,造成大车行走自由停车时间过长,滑行距离长,存在生产作业安全隐患;工具小车、出铝小车很难实现准确定位,影响作业效率。经过制动电阻的增设改造,以上问题迎刃而解。但需要注意的是,在选择制动电阻时,不但要考虑各个厂家变频器制动电阻的选择要求,而且根据用户控制要求和使用环境的不一样,必须通过速度、转矩等测量,再进行计算,正确选用制动电阻,才能达到用户的控制要求。

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