變頻器制動(dòng)電阻的確定

0 引言

在通用變頻器、異步電動(dòng)機(jī)和機(jī)械負(fù)載所組成的變頻調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)減速或所傳動(dòng)的位能負(fù)載下放時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)。傳動(dòng)系統(tǒng)中所儲(chǔ)存的機(jī)械能經(jīng)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成電能，通過逆變器的續(xù)流二極管整流后回饋到直流側(cè)，致使直流側(cè)儲(chǔ)能電容器的電壓上升。如果電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)并不快，電容器的電壓升高就不十分明顯。相反，如果電動(dòng)機(jī)制動(dòng)較快時(shí)，電容器的電壓會(huì)上升很高，過高的電壓會(huì)使變頻器中的“制動(dòng)過電壓保護(hù)”動(dòng)作，甚至造成變頻器損壞。

目前，在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的快速制動(dòng)或準(zhǔn)確停車，一般采用動(dòng)力制動(dòng)和再生制動(dòng)。對(duì)于動(dòng)力制動(dòng)方式，系統(tǒng)所需的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩在電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的20%以下且制動(dòng)并不快時(shí)，則不需要外接制動(dòng)電阻，僅電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的有功損耗，就可以使直流側(cè)電壓限制在過電壓保護(hù)的動(dòng)作值以下。反之，則需要選擇制動(dòng)電阻來(lái)耗散電動(dòng)機(jī)再生的這部分能量。

1 變頻器動(dòng)力制動(dòng)原理

1.1 變頻器電壓檢測(cè)及驅(qū)動(dòng)電路

為了實(shí)現(xiàn)電氣制動(dòng)，變頻器的直流側(cè)必須設(shè)置電壓檢測(cè)電路，檢測(cè)電容器的電壓，以實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)。圖1為一種電壓檢測(cè)電路的工作原理圖。

電壓檢測(cè)電路主要由電壓采樣電阻R1、R2、R3，滯環(huán)比較器LM399，邏輯轉(zhuǎn)換器件等組成。電壓采樣回路直接檢測(cè)變頻器直流側(cè)電容器C 兩端的電壓，當(dāng)被檢測(cè)電壓值超過設(shè)定的允許值時(shí)，滯環(huán)比較器翻轉(zhuǎn)，輸出端接近0 V，經(jīng)邏輯轉(zhuǎn)換后，觸發(fā)制動(dòng)晶體管V 導(dǎo)通，經(jīng)過電阻R0釋放，使電壓下降;反之，當(dāng)檢測(cè)電壓低于設(shè)定值時(shí)，滯環(huán)比較器翻轉(zhuǎn)回原狀態(tài)，使V關(guān)斷。

特別強(qiáng)調(diào)的是，滯環(huán)比較器上下限值的設(shè)定很重要。一般選擇原則：上限電壓設(shè)定為正常直流電壓的1.3倍，下限電壓應(yīng)考慮電網(wǎng)正常電壓的波動(dòng)，一般整定為略高于電網(wǎng)電壓向上波動(dòng)的最大值。

1.2 變頻器制動(dòng)單元

如圖2 虛線框所示為制動(dòng)單元PW 的實(shí)際電路，包括晶體管V、二極管D1、D2和制動(dòng)電阻RB。

如果回饋能量較大或要求強(qiáng)制動(dòng)時(shí)，還可以選用接于H、G兩點(diǎn)間的外接制動(dòng)電阻REB。當(dāng)電機(jī)制動(dòng)能量經(jīng)逆變器回饋到直流側(cè)時(shí)，通過V的導(dǎo)通消耗在制動(dòng)電阻RB或RB//REB上，實(shí)現(xiàn)限制電壓保護(hù)動(dòng)作的目的。因此，外接電阻REB正常時(shí)不消耗能量，是間歇式工作。

2 制動(dòng)電阻的選擇

2.2 制動(dòng)電阻的計(jì)算

在用外接制動(dòng)電阻進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，外接電阻應(yīng)能吸取負(fù)載位能所轉(zhuǎn)變的電能的80%，其中20%可通過電機(jī)以熱能耗散的形式被消耗，此時(shí)制動(dòng)電阻值

由于V 和RB、REB構(gòu)成的放電回路中，其最大電流受到V的最大允許電流IC(已考慮安全系數(shù))的限

2.3 制動(dòng)時(shí)平均消耗功率的計(jì)算

如2.2中所述，制動(dòng)中電動(dòng)機(jī)自身消耗的功率相當(dāng)于20%額定制動(dòng)功率，則制動(dòng)電阻上消耗的平均功率

2.4 制動(dòng)電阻額定功率PR的計(jì)算

視電動(dòng)機(jī)是否重復(fù)減速，制動(dòng)電阻額定功率的選擇是不同的，圖3所示為電動(dòng)機(jī)減速模式。當(dāng)非重復(fù)減速時(shí)，制動(dòng)電阻的間歇時(shí)間(T-tS)>600 s。通常采用連續(xù)工作制電阻器，當(dāng)間歇制動(dòng)時(shí)，電阻器的允許功率將增加。允許功率增加系數(shù)m與減速時(shí)間的關(guān)系如圖4(a)所示。重復(fù)減速情況下，允許功率增加系數(shù)m和制動(dòng)電阻使用率D越tS / T之間的關(guān)系曲線

如圖4(b)所示。根據(jù)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的模式，可以確定制動(dòng)時(shí)平均消耗功率和電阻器的允許功率增加系數(shù)，據(jù)此可以得

3 結(jié)語(yǔ)

制動(dòng)單元電阻的正確選擇應(yīng)用，可以縮短大慣量負(fù)載的自由停車時(shí)間，實(shí)現(xiàn)快速停車或準(zhǔn)確停車;還可以在位能負(fù)載下放時(shí)，實(shí)現(xiàn)再生運(yùn)行。我廠電解車間多功能機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮增設(shè)制動(dòng)電阻，造成大車行走自由停車時(shí)間過長(zhǎng)，滑行距離長(zhǎng)，存在生產(chǎn)作業(yè)安全隱患;工具小車、出鋁小車很難實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，影響作業(yè)效率。經(jīng)過制動(dòng)電阻的增設(shè)改造，以上問題迎刃而解。但需要注意的是，在選擇制動(dòng)電阻時(shí)，不但要考慮各個(gè)廠家變頻器制動(dòng)電阻的選擇要求，而且根據(jù)用戶控制要求和使用環(huán)境的不一樣，必須通過速度、轉(zhuǎn)矩等測(cè)量，再進(jìn)行計(jì)算，正確選用制動(dòng)電阻，才能達(dá)到用戶的控制要求。