【制動電阻常識】制動單元與制動電阻在變頻器系統(tǒng)中的應(yīng)用(上)

      引 言：常州(江蘇)博邦電氣是專業(yè)研發(fā)制造電抗器、串聯(lián)電抗器、進線電抗器、鋁殼電阻、制動電阻、制動單元、變壓器、濾波器的大型生產(chǎn)廠家。依托德國技術(shù),專注于為全球變頻器產(chǎn)業(yè)提供專業(yè)而人性化的產(chǎn)品、服務(wù)和一站式綜合解決方案。本文著重介紹了如何正確認識制動單元和制動電阻；制動單元和制動電阻在變頻器系統(tǒng)中的作用；以及制動單元和制動電阻的設(shè)計和計算。

      一、 制動單元與制動電阻的概述
      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有能耗制動和回饋制動。 　　
 
      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。

      二、制動單元與制動電阻的介紹
      1、制動單元的介紹 　　
      制動單元相當于是一個電子開關(guān)，其內(nèi)部的主要元件為IGBT模塊，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。接通時將制動電阻接入變頻器的直流回路，對電機的再生電能進行快速消耗（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)。　　
 
      制動單元的功能是當直流回路的電壓超過規(guī)定的限值時（如660V或690V），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、制動電阻的介紹 　　
      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殼電阻兩種：波紋電阻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，有效保護電阻絲不被老化，延長使用壽命；鋁殼電阻在耐氣候性、耐震動性上都優(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。      

      制動電阻的功用：   
      A、保護變頻器不受再生電能的危害：電機在快速停車過程中，由于慣性作用，會產(chǎn)生大量的再生電能，如果不及時消耗掉這部分再生電能，大量的再生電能就會直接作用于變頻器的直流電路部分。輕者，變頻器會報故障，重者，則會損害變頻器。因此，應(yīng)該使用制動電阻，保護變頻器不受電機再生電能的危害。
   
      B、保證電電源網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)運行：制動電阻將電機快速制動過程中的再生電能直接轉(zhuǎn)化為熱能，這樣再生電能就不會反饋到電源電網(wǎng)絡(luò)中，不會造成電網(wǎng)電壓波動，從而起到了保證電源網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)運行的作用。

      三、制動單元與制動電阻的制動過程
      能耗制動的過程如下： 　　
      A、當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、當直流電壓到達制動單元開的狀態(tài)時，制動單元的功率管導通，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。
 
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