变频器能耗制动的工作方式

    能耗制动采用的方法是在变频器直流侧设置制动单元组件，将再生电能消耗在功率电阻上来实现制动，如图6-2所示。这是一种处理再生能量最直接的办法，它是将再生能量通过专门的能耗制动电路消耗在电阻上，转化为热能，因此又被称为电阻制动，它包括制动单元和制动电阻两部分。
    图6-2    能耗制动和制动单元、制动电阻的连接方式    1．制动单元    制动单元的功能是当直流回路的电压Ud超过规定的限值时（如660V或710V），接通耗能电路，使直流回路通过制动电阻后以热能方式释放能量。制动单元可分内置式和外置式两种。内置式适用于小功率的通用变频器，外置式则适用于大功率变频器或对制动有特殊要求的工况中。从原理上讲，二者并无区别，制动单元都是作为接通制动电阻的“开关”，它包括功率管、电压采样比较电路和驱动电路。    2．制动电阻    制动电阻是用于将电动机的再生能量以热能方式消耗的载体，它包括电阻阻值和功率容量两个重要的参数。通常在工程上选用较多的是波纹电阻和铝合金电阻两种：波纹电阻采用表面立式波纹有利于散热减低寄生电感量，并选用高阻燃无机涂层，有效保护电阻丝不被老化，延长使用寿命；铝合金电阻器耐气候性、耐振动性，优于传统瓷骨架电阻器，广泛应用于要求高的恶劣工控环境使用，易紧密安装、易附加桑热器，外型美观。    3．制动过程    能耗制动的过程如下：当电动机在外力作用下减速、反转时（包括被拖动），电动机即以发电状态运行，能量反馈回直流回路，使母线电压升高；制动单元采样母线电压，当直流电压到达制动单元设置的导通值时，制动单元的功率开关管导通，电流流过制动电阻；制动电阻将电能转换为热能，电动机的转速降低，直流母线电压也降低；当母线电压降至制动单元设定的关断值时，制动单元的开关功率管截止，制动电阻无电流流过。    4．安装要求    (1)制动单元与变频器之间，以及制动单元与制动电阻之间的配线距离要尽可能短（线长在2m以下），导线截面要满足制动电阻泄放电流的要求。    (2)制动单元在工作时，制动电阻将大量发热，应使制动电阻有良好的散热条件，连接制动电阻的导线要使用耐热导线，导线勿触及制动电阻器。    (3)制动电阻应使用绝缘挡片固定牢固，安装位置要确保良好散热，制动电阻器柜内安装时应将制动电阻安装在变频柜的顶部。    5．制动单元与制动电阻的选配    (1)估算出制动转矩      (6-1)式中 Mz——制动转距；    GD——电动机转动惯量；    GD′——电动机负载折算到电动机侧的转动惯量；    vQ——制动前速度；    VH——制动后速度；    MFz——负载阻转距；    tj——减速时间。    一般情况下，在进行电动机制动时，电动机内部存在一定的损耗，约为额定转矩的18%~22%左右，因此计算出的结果在小于此范围的话就无需接制动装置。    (2)计算制动电阻的阻值      (6-2)式中Rz——制动电阻值；    Uz——制动单元动作电压值；    Me——电动机额定转距。    在制动单元工作过程中，直流母线的电压的升降取决于常数RC，R即为制动电阻的阻值，C为变频器内部电解电容的容量。    制动电阻与使用电动机的飞轮转矩有密切关系，而电动机的飞轮转矩在运行时是变化的，因此准确计算制动电阻比较困难，而且没有必要，通常情况是采用经验公式取一个近似的值。    Rz>=(2×UD)/Ie    (6-3)式中 Ie——变频器额定电流；    UD——变频器直流母线电压。    (3)制动单元的选择。在进行制动单元的选择时，制动单元的工作最大电流是选择的唯一依据，其计算公式如下    (6-4)式中 IPM——制动电流瞬时值；    UD——制动单元直流母线电压。    (4)制动电阻功率      (6-5)式中 α——常数，电动机容量小时取小，反之取大。    计算制动电阻的标称功率。由于制动电阻为短时工作制，因此根据电阻的特性和技术指标，一般可用下式求得    制动电阻标称功率=制动电阻降额系数×制动期间平均消耗功率×制动使用率%