变频器的负负载控制功能

    负负载控制功能无非是再生制动功能。产生制动转矩时，电动机从负载接受机械能，将它变为电能送入变频器侧。根据变频器的型式，处理由电动机反馈过来的能量的能力是不相同的。作为通用变频器最广泛应用的是二极管整流器的晶体管变频器，对于这种变频器，逆变部分有能力双向处理功率的流传，但整流器的部分只能将次序变换为直流。因此，制动时的再生功率，一部分作为电动机和变频器的损耗被消耗掉，产生制动力，此外别无有用的去处。其结果，直流电路的电容器被过充电，过电压保护动作使运转停止。为了防止此事，使运转能够继续，有必要考虑采用再生过电压失速防止控制和制动器组件’或者采用带有再生整流器的变频器。

    1．再生过电压失速防止控制  这种控制对于二极管整流器的变频器来说，不需要在主电路增设特别的装置，是利用电动机和变频器运转中产生的损耗产生制动转矩，以防止过电压跳闸’所以几乎被一切通用变频器所采用。但是这种方法只在要求减速制动转矩时有效，制动转矩的大小也不能太大，为额定转矩的10%~20%左右。

    在通用变频器中，即使从外部给以急剧变动的速度指令，内部的实际频率指令也被控制成在某一给定的变化率以下不能发生变化。为了防止过电压，如果电动机运转偏离所需要的制动转矩，则必须使给定的频率下降时变化率比自然减速时的小。自然减速曲线通常速度变低时倾斜度变缓。另一方面，变频器输出频率的变化率在哪个频率都是给定的一定值。因此，在控制范围内的整个区域如不需要制动转矩，给定变化率必须如图8-48那样，与在自然减速曲线S-A的速度控制范围内最平缓的倾斜度相一致，为S-a。

    图8-48    减速率的给定

    另一方面，不管在哪一个输出频率，假定变频器和电动机的损耗引起的制动转矩可以有效地用作减速，所描绘出的曲线如S-B所示。因此，如果利用损耗产生的制动转矩，显然同前例一样，可以给定的频率变化率。此时，从自然减速曲线S-A的倾斜度与给定的倾斜度相同时的速度开始制动，所以仅b′-b区间为制动区域。到达b′点前的S-b′区间为电动区域，与自然减速时相比，反而减速时间延长了。S-B曲线越接近于直线的系统，越能在广阔速度范围内有效地发挥制动转矩的作用。

    如上所述，不设特别制动装置时的最佳减速率的给定值，显然为曲线S-b。但是，曲线S-A、S-B的形状根据负载条件常常有些变化。如果曲线S-B的倾斜度比最初设想的平缓，即使采用S-b减速率给定也有过电压跳闸的危险。为了防止这种情况，可以设置再生过电压失速防止功能。由于负负载过大，直流电压开始上升，检测过电压使频率下降暂时停止。有此功能就可以安心地利用损耗产生的制动转矩，但给定减速率比曲线S-B过度急剧倾斜，则失速防止控制跟不上，造成过电压跳闸。因此，实际使用时的要点为选择最佳减速率，以免失速防止不必要的动作。带有失速防止动作显示功能的装置，可以利用显示功能来进行调整。

    还有，对于定常的负负载，也可能产生与电动机和变频器的损耗相称的再生转矩。但是在这种情况下，原理上再生过电压失速防止控制无效，再生转矩超过一点限度就会产生过电压跳闸。因此必须相应地采取以下其他的对策。

    2．制动单元  单是变频器和电动机的损耗产生的制动力不足时，可以采取这样的方法（见图8-49），在直流电路设置电阻器，当直流电路电压上升超过一定值时，再生能量流入电阻器，作为热量消耗掉以防止直流电压上升。对于很小容量的变频器，有内藏此功能的机种。但通常多为在外部附加的形式，以供自由选用。控制单元和电阻单元分设。

    图8-49    制动单元

    图8-50示出制动单元的动作情况。直流电压上升时使单元内的晶体管导通，接通电阻，电压下降时晶体管关断，切除电阻，一点一点地重复这种控制。来自电动机的再生功率越大，电阻器的通电比越高，制动单元的任务变得越繁重。因此，制动单元处理的再生功率同容许使用时间的关系如图8-51所示。另外，功率为转速与转矩的积，所以从转矩观点来看制动单元的能力，显然转速越低产生的制动转矩越大。

    图8-50    制动单元的动作

    图8-51    制动单元的功率处理能力

    3．再生整流器  上面的2项是把能量作为热消耗掉的方式，频繁、长时间的使用从节能观点来看，并不是好办法。作为高效的再生能量处理方式为带有再生整流器的变频器，如图8-52所示。虽然通用变频不大使用，但用于起重机、电梯、生产流水线的专用变频器却广泛采用这种方式。通常电动机运转时使用电动整流器，从电动机流入再生功率使直流电压升高时，就切换到再生整流器。这两个整流器对晶体管变频器的运转完全独立，只监测直流电压的大小，把它控制成为定电压。

    图8-52    带有再生整流器的晶体管变频器

    另外，这种用途的变频器，往往一个地方装设数台，同时运转，而且全体平均来看，通常再生运转的比率并不怎么高。因此常常采用各种方法，如图8-52虚线所示，将多台变频器并随着接入一个直流母线上，电动机变流器公用，再生变流器的容量也可减小。

    4．电流型变频器  通用变频采用电流型变频器，但变频器用一个整流器就能实现双向能量传递，不要特别附加就可以产生足够的再生转矩。

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