變頻器的制動方式及電路原理圖

通常所說的制動是指電動機運行過程中因故障保護或人為主動停機時采取的技術措施，而這里討論的是變頻器驅動電動機停機時的各種技術方案。

一、變頻器的再生制動

電壓型的交-直-交通用變頻器，對三相交流電源進行不可控橋式整流，再經電解電容濾波，最后由無源逆變環(huán)節(jié)輸出頻率可調的交流電供給電動機。這種通用型變頻器用于礦用提升機、軋鋼機、大型龍門刨床、卷繞機及機床主軸驅動等系統時，由于要求電動機四象限運行，所以當電動機減速、制動或者帶位能性負載重物下放時，電動機可能處于再生發(fā)電狀態(tài)。當變頻器輸出頻率降低時，電動機的同步轉速隨之下降，而由于機械慣性的作用，這時同步轉速可能降低到小于轉子轉速，這時電動機即從電動狀態(tài)轉變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)。由圖1可見，電動機M再生發(fā)電的電能經并聯在V1～V6上的續(xù)流二極管全波整流后反饋到直流電路，使電容器C1和C2兩端電壓升高，形成“泵升電壓”。過高的泵升電壓有可能損壞開關器件、電解電容，甚至破壞電動機的絕緣。為使系統在發(fā)電制動狀態(tài)能正常工作，必須采取適當的制動方式。

1、能量消耗型這種制動方法是在變頻器直流回路中并聯制動單元和制動電阻，通過檢測直流母線上的電壓來控制制動單元功率管的導通與否，從而實現制動電阻的接入和斷開，如圖2所示，虛線框內是制動單元，DR是制動電阻。當直流母線上的電壓，即電容器兩端的電壓達到或超過門檻電壓（例如700V）時，功率管導通，制動電阻DR接入電路，再生能量在制動電阻上以熱能的形式被消耗掉，從而防止直流電壓的上升。由于再生能量未能得到利用，因此屬于能量消耗型。當直流母線上的電壓低于門檻電壓時，制動過程結束。

圖2中雖然兩只電容器C1和C2兩端各自并聯有均壓電阻，但這些電阻的阻值較大，約為幾十千歐至幾百千歐，與制動電阻幾歐至幾十歐的阻值相比不在一個數量級上。均壓電阻起不到泄放再生電能的作用。

2、并聯直流母線吸收型適用于多臺電動機傳動系統，在這種系統中，每臺電動機配置一臺變頻器，所有變頻器的逆變單元都并聯在一對共用直流母線上。系統中往往有一臺或數臺電動機工作于制動狀態(tài)，處于制動狀態(tài)的電動機產生再生能量，這些能量通過并聯于直流母線上處于電動狀態(tài)的電動機所吸收。在不能完全吸收的情況下，則通過共用的制動單元控制，使未被完全吸收的再生能量消耗在制動電阻上。這種方式有部分再生能量被吸收利用，具有一定的節(jié)能效益。

3、能量回饋型能量回饋型變頻調速系統要求變頻器網側變流器是可逆的。當有再生能量產生時，可逆變流器將再生能量回饋給電網，使再生能量得以完全利用。但這種方法對電源的穩(wěn)定性要求較高，變頻器自身的電路結構較復雜，價格也相應高一些。

二、變頻器電容反饋制動

上面介紹了通用變頻器傳動系統中對再生能量的常用的處理方法，即能耗制動法和能量回饋法等。前者利用設置在變頻器直流回路中的制動單元控制制動電阻吸收再生電能，即所謂能耗制動。這種方法的優(yōu)點是結構簡單，成本低廉，缺點是運行效率低，產生的熱量大，使變頻器的運行環(huán)境劣化。后者可將再生電能回饋至電網，且回饋電能的電壓、頻率、相位與電網相同。優(yōu)點是運行效率高，且能四象限運行；缺點是對電網的運行穩(wěn)定性要求較高，即只能應用于不易發(fā)生故障的穩(wěn)定電網，另外再生能量回饋電網時，對電網有諧波污染，同時，回饋制動的控制技術復雜，成本較高。

這里介紹的電容反饋制動是在電阻制動的基礎上使一部分再生能量得到利用的一種控制方式。有較高的能源利用率。電容反饋制動的充電反饋回路是采用可逆晶閘管斬波器實現的，其主電路如圖3所示。整流部分是由普通二極管D1～D6構成的不可控整流橋電路；電解電容C1、C2是濾波元件；V11是由半導體元件組成的延時電子開關，變頻器通電瞬間斷開，待電容器C1、C2充電至一定幅度時導通，用于限制變頻器通電瞬間過大的充電涌流；由IGBT功率模塊V1、V2、充電反饋電抗器L及法拉級大容量電解電容器C構成充電、反饋回路；逆變部分由IGBT功率模塊V5～V10組成。

控制回路對輸入交流電壓和直流回路電壓實時進行監(jiān)控，并決定是否向V1發(fā)出充電信號。當變頻調速系統的電動機工作在發(fā)電運行狀態(tài)，輸入交流電壓以及所對應的直流電壓達到設定值時（例如AC380V和DC537V。DC537是AC380V輸入電壓經三相橋整流后的電壓峰值，變頻器驅動電動機運行在電動狀態(tài)時，通常只能達到平均值，低于DC537V），控制回路使V3關斷，V1導通，發(fā)電狀態(tài)的再生能量對電解電容器C進行充電，此時電抗器L與電解電容器C分壓，從而確保電解電容器C工作在安全電壓范圍內。

當電容器C上電壓達到設定值（例如DC370V），而系統仍處于發(fā)電狀態(tài)時，控制電路使V4導通，啟動制動單元，通過制動電阻DR實現能耗制動，消耗多余的能量。電動機運行在電動狀態(tài)時，控制電路通過對電容器C上的電壓以及直流回路電壓的檢測，控制功率模塊V3的開關頻率及占空比，使電抗器L上形成一個瞬時左正、右負的電壓，再加上電容器C上的電壓，就能實現從電容器到直流回路的能量反饋過程，并控制反饋電流，確保直流回路電壓不出現過高值。

三、變頻器的直流制動

所謂“直流制動”，一般指當變頻器的輸出頻率已經降低到較低值，電動機的轉速降低到一定數值時，變頻器輸出直流電壓至異步電動機的定子繞組。這時異步電動機的定子繞組因直流電流而形成靜止磁場，轉動著的轉子切割該靜止磁場而產生制動轉矩，此時電動機處于能耗制動狀態(tài)使旋轉的轉子存儲的動能轉換成電能，以熱損耗的形式消耗于異步電動機的轉子回路中，從而使電動機迅速停止。采用直流制動的變頻調速系統，仍應在變頻器直流環(huán)節(jié)接入制動單元和制動電阻。實現變頻調速系統的直流制動，應對變頻器的相關功能參數進行設置。

變頻器在實施直流制動時，封鎖6個逆變管中的其中4個，如圖4中畫有“×”記號的V3、V5、V4、和V2；導通V1和V6，這樣，從直流電源正極開始，經導通的逆變管V1→電動機的端子U→電動機內部繞組→電動機的端子V→導通的逆變管V6→直流電源負極，形成一個直流通路，對電動機實施直流制動。

來源：電工學習網