關于變頻器能耗制動解決方案的匯總

      在變頻調速系統中，電機的降速和停機是通過逐漸減小頻率來實現的，在頻率減小的瞬間，電機的同步轉速隨之下降，而由于機械慣性的原因，電機的轉子轉速未變。當同步轉速w1小于轉子轉速w時，轉子電流的相位幾乎改變了180度，電機從電動狀態變為發電狀態；與此同時，電機軸上的轉矩變成了制動轉矩Te，使電機的轉速迅速下降，電機處于再生制動狀態。電機再生的電能P經續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，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Ud升高。過高的直流電壓將使各部分器件受到損害。因此，對于負載處于發電制動狀態中必須采取必需的措施處理這部分再生能量。本文闡述的就是處理再生能量的方法：能耗制動。
 
      變頻器能耗制動解決方案    
      能耗制動采用的方法是在變頻器直流側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制動（如圖二所示）。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。

    1、制動單元   
    制動單元的功能是當直流回路的電壓Ud超過規定的限值時（如660V或710V），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，二者并無區別，都是作為接通制動電阻的“開關”，它包括功率管、電壓采樣比較電路和驅動電路。

    2、制動電阻   
    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。通常在工程上選用較多的是波紋電阻和鋁合金電阻兩種：前者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；后者電阻器耐氣候性、耐震動性，優于傳統瓷骨架電阻器，廣泛應用于高要求惡劣工控環境使用，易緊密安裝、易附加散熱器，外型美觀。

    3、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、反轉時（包括被拖動），電機即以發電狀態運行，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，電機的轉速降低，母線電壓也降低；
D、母線電壓降至制動單元要關斷的值，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ON/OFF過程，平衡母線電壓，使系統正常運行。

    4、安裝要求  
    制動單元與變頻器之間，以及制動單元與電阻之間的配線距離要盡可能短（線長在2m以下），導線要足夠粗；
    制動單元在工作時，電阻將大量發熱，應此要充分注意散熱，并使用耐熱導線，導線請勿觸及電阻器；
    放電功率電阻應使用絕緣擋片固定牢固，安裝位置要確保良好散熱，建議電阻器安裝在電控柜頂部。

    5、制動單元與制動電阻的選配
A、首先估算出制動轉矩

      一般情況下，在進行電機制動時，電機內部存在一定的損耗，約為額定轉矩的18%-22%左右，因此計算出的結果在小于此范圍的話就無需接制動裝置；

B、接著計算制動電阻的阻值

      在制動單元工作過程中，直流母線的電壓的升降取決于常數RC，R即為制動電阻的阻值，C為變頻器內部電解電容的容量。這里制動 單元動作電壓值一般為710V。

C、然后進行制動單元的選擇在進行制動單元的選擇時，制動單元的工作最大電流是選擇的唯一依據，其計算公式如下：

D、最后計算制動電阻的標稱功率   
      由于制動電阻為短時工作制，因此根據電阻的特性和技術指標，我們知道電阻的標稱功率將小于通電時的消耗功率，一般可用下式求得：制動電阻標稱功率 = 制動電阻降額系數 X 制動期間平均消耗功率 X 制動使用率%

    6、制動特點  
    能耗制動（電阻制動）的優點是構造簡單，缺點是運行效率降低，特別是在頻繁制動時將要消耗大量的能量，且制動電阻的容量將增大。

圖二 能耗制動和制動單元、制動電阻的連接方式