變頻器能耗制動(dòng)方式的應用分析

　　1. 引言

　　近年來(lái)，隨著(zhù)變頻器本身功能的不斷完善，交流調速技術(shù)有了長(cháng)足的進(jìn)步。如何在不同應用條件下充分開(kāi)發(fā)變頻器自身功能、有效的降低設備的改造成本已成為一個(gè)重要問(wèn)題。 與通常的控制方式相比，利用變頻器直流制動(dòng)功能實(shí)現交流拖動(dòng)系統準確停車(chē)的設計方案省去了價(jià)值昂貴的變頻器專(zhuān)用制動(dòng)單元／制動(dòng)電阻，有效降低了設備改造成本，工作穩定可靠、控制精度高。

　　2. VVVF能耗制動(dòng)的理論分析

　　通用變頻器提供的制動(dòng)方式主要有：能耗制動(dòng)、再生制動(dòng)、整流回饋等。在轉動(dòng)慣量較大的工況條件下，變頻器廠(chǎng)家所建議采用的一般方式是外接制動(dòng)電阻和制動(dòng)單元的再生制動(dòng)方式，某些情況下可以配合采用直流制動(dòng)。這一設計思路基本為大多數目?jì)扔脩?hù)所接受，并在實(shí)際使用中獲得了較好的效果。但該方案需另外購買(mǎi)變頻器廠(chǎng)家提供的專(zhuān)用制動(dòng)單元／制動(dòng)電阻，無(wú)形中增大了改造成本。

　　所謂“直流制動(dòng)”，一般指當變頻器的輸出頻率接近為零，電機的轉速降低到一定數值時(shí)，變頻器改向異步電動(dòng)機定子繞組中通入直流，形成靜止磁場(chǎng)，此時(shí)電動(dòng)機處于能耗制動(dòng)狀態(tài)，轉動(dòng)著(zhù)的轉子切割該靜止磁場(chǎng)而產(chǎn)生制動(dòng)轉矩，使電動(dòng)機迅速停止。在電動(dòng)機制動(dòng)過(guò)程中，由于變頻器輸出頻率逐漸降低，則定子繞組內的同步磁場(chǎng)轉速低于轉子轉速，電動(dòng)機處于再生制動(dòng)過(guò)程，此時(shí)旋轉系統存儲的動(dòng)能轉換成電能熱損耗的形式消耗于異步電動(dòng)機的轉子回路中，為防止電動(dòng)機減速過(guò)程中所形成的再生發(fā)電制動(dòng)以及直流制動(dòng)過(guò)程中的能量回饋，造成變頻器和電機的損壞，需串入專(zhuān)用制動(dòng)單元／制動(dòng)電阻。

　　如圖1所示為一般交流電動(dòng)機制動(dòng)時(shí)的機械特性曲線(xiàn)。設A點(diǎn)為正常工作點(diǎn)。

圖1．異步電動(dòng)機機械特性曲線(xiàn)

　　在通常電動(dòng)機的制動(dòng)過(guò)程中，電動(dòng)機先減速，電動(dòng)機同步旋轉磁場(chǎng)轉速低于轉子轉速，工作點(diǎn)在同一轉速下由曲線(xiàn)①的A點(diǎn)跳至曲線(xiàn)②的B點(diǎn)，即從第一象限過(guò)渡到第二象限稱(chēng)之為同一轉速下特性的跳轉，則電機得到反方向的制動(dòng)轉矩T 進(jìn)入發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，拖動(dòng)系統沿圖1中曲線(xiàn)②迅速降速，當低于某一轉速后，向定子繞組輸入直流，形成固定磁場(chǎng)，產(chǎn)生制動(dòng)轉矩。在這一過(guò)程中，電機將經(jīng)過(guò)再生發(fā)電制動(dòng)和能耗制動(dòng)而最終停止。

　　從理論上分析，如果能夠控制電動(dòng)機同步磁場(chǎng)的轉速緩慢下降，使電動(dòng)機在同一轉速下特性跳轉時(shí)，特性曲線(xiàn)維持在第一象限，如圖 1中虛線(xiàn)組③所示緩慢降速，不跳轉至第二象限則拖動(dòng)系統在降速過(guò)程中可以有效的避免發(fā)生再生制動(dòng)過(guò)程。如圖1所示，當電機轉速在小于臨界轉速nh的情況下接入直流進(jìn)行制動(dòng)，并相應控制接入直流的大小和時(shí)間，理論上分析電機只經(jīng)歷有限的能耗制動(dòng)階段，不會(huì )過(guò)熱。而變頻器良好的內、外特性可以保證上述各項條件的滿(mǎn)足。

　　但是，采用該方法有一些必要的前提條件，首先，系統不能頻繁進(jìn)行啟／停，否則會(huì )造成變頻器直流電路故障。其次，提升機、電梯等下放重物的工況不適宜采用。再次，系統降速時(shí)間不能過(guò)短，即降速不能過(guò)快，否則工作點(diǎn)將進(jìn)入第二象限發(fā)生再生制動(dòng)過(guò)程，引起電機過(guò)熱。

　　3. 結束語(yǔ)

　　理論上的分析可以證明，該設計思路是完全合理的。實(shí)踐中，變頻器采用直流制動(dòng)并配合適當的直流制動(dòng)時(shí)間，起始頻率和制動(dòng)準位所產(chǎn)生的電機剎車(chē)效果也比較明顯。