變頻器能耗制動方式的應(yīng)用分析

　1. 引言
　　近年來，隨著變頻器本身功能的不斷完善，交流調(diào)速技術(shù)有了長足的進(jìn)步。如何在不同應(yīng)用條件下充分開發(fā)變頻器自身功能、有效的降低設(shè)備的改造成本已成為一個(gè)重要問題。 與通常的控制方式相比，利用變頻器直流制動功能實(shí)現(xiàn)交流拖動系統(tǒng)準(zhǔn)確停車的設(shè)計(jì)方案省去了價(jià)值昂貴的變頻器專用制動單元／制動電阻，有效降低了設(shè)備改造成本，工作穩(wěn)定可靠、控制精度高。
　　2. VVVF能耗制動的理論分析
　　通用變頻器提供的制動方式主要有：能耗制動、再生制動、整流回饋等。在轉(zhuǎn)動慣量較大的工況條件下，變頻器廠家所建議采用的一般方式是外接制動電阻和制動單元的再生制動方式，某些情況下可以配合采用直流制動。這一設(shè)計(jì)思路基本為大多數(shù)目內(nèi)用戶所接受，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變頻器廠家提供的專用制動單元／制動電阻，無形中增大了改造成本。
　　所謂“直流制動”，一般指當(dāng)變頻器的輸出頻率接近為零，電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低到一定數(shù)值時(shí)，變頻器改向異步電動機(jī)定子繞組中通入直流，形成靜止磁場，此時(shí)電動機(jī)處于能耗制動狀態(tài)，轉(zhuǎn)動著的轉(zhuǎn)子切割該靜止磁場而產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，使電動機(jī)迅速停止。在電動機(jī)制動過程中，由于變頻器輸出頻率逐漸降低，則定子繞組內(nèi)的同步磁場轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，電動機(jī)處于再生制動過程，此時(shí)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)存儲的動能轉(zhuǎn)換成電能熱損耗的形式消耗于異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中，為防止電動機(jī)減速過程中所形成的再生發(fā)電制動以及直流制動過程中的能量回饋，造成變頻器和電機(jī)的損壞，需串入專用制動單元／制動電阻。
　　如圖1所示為一般交流電動機(jī)制動時(shí)的機(jī)械特性曲線。設(shè)A點(diǎn)為正常工作點(diǎn)。

圖1．異步電動機(jī)機(jī)械特性曲線
　　在通常電動機(jī)的制動過程中，電動機(jī)先減速，電動機(jī)同步旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，工作點(diǎn)在同一轉(zhuǎn)速下由曲線①的A點(diǎn)跳至曲線②的B點(diǎn)，即從第一象限過渡到第二象限稱之為同一轉(zhuǎn)速下特性的跳轉(zhuǎn)，則電機(jī)得到反方向的制動轉(zhuǎn)矩T 進(jìn)入發(fā)電制動狀態(tài)，拖動系統(tǒng)沿圖1中曲線②迅速降速，當(dāng)?shù)陀谀骋晦D(zhuǎn)速后，向定子繞組輸入直流，形成固定磁場，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。在這一過程中，電機(jī)將經(jīng)過再生發(fā)電制動和能耗制動而最終停止。
　　從理論上分析，如果能夠控制電動機(jī)同步磁場的轉(zhuǎn)速緩慢下降，使電動機(jī)在同一轉(zhuǎn)速下特性跳轉(zhuǎn)時(shí)，特性曲線維持在第一象限，如圖 1中虛線組③所示緩慢降速，不跳轉(zhuǎn)至第二象限則拖動系統(tǒng)在降速過程中可以有效的避免發(fā)生再生制動過程。如圖1所示，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速在小于臨界轉(zhuǎn)速nh的情況下接入直流進(jìn)行制動，并相應(yīng)控制接入直流的大小和時(shí)間，理論上分析電機(jī)只經(jīng)歷有限的能耗制動階段，不會過熱。而變頻器良好的內(nèi)、外特性可以保證上述各項(xiàng)條件的滿足。
　　但是，采用該方法有一些必要的前提條件，首先，系統(tǒng)不能頻繁進(jìn)行啟／停，否則會造成變頻器直流電路故障。其次，提升機(jī)、電梯等下放重物的工況不適宜采用。再次，系統(tǒng)降速時(shí)間不能過短，即降速不能過快，否則工作點(diǎn)將進(jìn)入第二象限發(fā)生再生制動過程，引起電機(jī)過熱。
　　3. 結(jié)束語
　　理論上的分析可以證明，該設(shè)計(jì)思路是完全合理的。實(shí)踐中，變頻器采用直流制動并配合適當(dāng)?shù)闹绷髦苿訒r(shí)間，起始頻率和制動準(zhǔn)位所產(chǎn)生的電機(jī)剎車效果也比較明顯。
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