【制动电阻常识】制动单元与制动电阻在变频器系统中的应用(上)

      引 言：常州(江苏)博邦电气是专业研发制造电抗器、串联电抗器、进线电抗器、铝壳电阻、制动电阻、制动单元、变压器、滤波器的大型生产厂家。依托德国技术,专注于为全球变频器产业提供专业而人性化的产品、服务和一站式综合解决方案。本文着重介绍了如何正确认识制动单元和制动电阻；制动单元和制动电阻在变频器系统中的作用；以及制动单元和制动电阻的设计和计算。

      一、 制动单元与制动电阻的概述
      在变频调速系统中，电机的降速和停机是通过逐渐减小频率来实现的，在频率减小的瞬间，电机的同步转速随之下降，而由于机械惯性的原因，电机的转子转速未变。当同步转速小于转子转速时，转子电流的相位几乎改变了180度，电机从电动状态变为发电状态；与此同时，电机轴上的转矩变成了制动转矩，使电机的转速迅速下降，电机处于再生制动状态。
 
      电机再生的电能经续流二极管全波整流后反馈到直流电路。由于直流电路的电能无法通过整流桥回馈到电网，仅靠变频器本身的电容吸收，虽然其他部分能消耗电能，但电容仍有短时间的电荷堆积，形成“泵升电压”，使直流电压升高。过高的直流电压将使各部分器件受到损害。因此，对于负载处于发电制动状态中必须采取必需的措施处理这部分再生能量。处理再生能量的方法有能耗制动和回馈制动。 　　
 
      能耗制动采用的方法是在变频器直流侧加放电电阻单元组件，将再生电能消耗在功率电阻上来实现制动。这是一种处理再生能量的最直接的办法，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二部分。

      二、制动单元与制动电阻的介绍
      1、制动单元的介绍 　　
      制动单元相当于是一个电子开关，其内部的主要元件为IGBT模块，有一个直流电压检测电路，输出一个制动动作信号，来控制电子开关的通和断。接通时将制动电阻接入变频器的直流回路，对电机的再生电能进行快速消耗（转化为热量耗散于环境空气中），以维持直流回路的电压在容许值以内。　　
 
      制动单元的功能是当直流回路的电压超过规定的限值时（如660V或690V），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二种，前者是适用于小功率的通用变频器，后者则是适用于大功率变频器或是对制动有特殊要求的工况中。从原理上讲，二者并无区别，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、制动电阻的介绍 　　
      制动电阻是用于将电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壳电阻两种：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；铝壳电阻在耐气候性、耐震动性上都优于传统瓷骨架电阻器，广泛应用于高要求恶劣工控环境使用，易紧密安装、易附加散热器，外型美观。      

      制动电阻的功用：   
      A、保护变频器不受再生电能的危害：电机在快速停车过程中，由于惯性作用，会产生大量的再生电能，如果不及时消耗掉这部分再生电能，大量的再生电能就会直接作用于变频器的直流电路部分。轻者，变频器会报故障，重者，则会损害变频器。因此，应该使用制动电阻，保护变频器不受电机再生电能的危害。
   
      B、保证电电源网络的平稳运行：制动电阻将电机快速制动过程中的再生电能直接转化为热能，这样再生电能就不会反馈到电源电网络中，不会造成电网电压波动，从而起到了保证电源网络的平稳运行的作用。

      三、制动单元与制动电阻的制动过程
      能耗制动的过程如下： 　　
      A、当电机在外力作用下减速、反转时（包括被拖动），电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； 　　
      B、当直流电压到达制动单元开的状态时，制动单元的功率管导通，电流流过制动电阻。
      C、制动电阻消耗电能为热能，电机的转速降低，母线电压也降低； 　　
      D、母线电压降至制动单元要关断的值，制动单元的功率管截止，制动电阻无电流流过； 
      E、采样母线电压值，制动单元重复ON/OFF过程，平衡母线电压，使系统正常运行。
 
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