一、為嘛要采用制動(dòng)電路？

當(dāng)負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)速由于慣性或某種原因高于變頻器的輸出轉(zhuǎn)速時(shí)，電機(jī)由“電”態(tài)變?yōu)椤皠?dòng)”態(tài)，暫時(shí)將電機(jī)變成發(fā)電機(jī)。一些特殊的機(jī)器，如礦井提升機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、高速電梯、風(fēng)機(jī)等。當(dāng)電機(jī)減速、制動(dòng)或放下重負(fù)載時(shí)，由于機(jī)械系統(tǒng)的勢(shì)能和勢(shì)能，電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速可能超過(guò)變頻器的給定轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流的相位超前于感應(yīng)電壓，定子繞組中由于互感出現(xiàn)3354容性電流的感應(yīng)電流。然而，二極管和電容器并聯(lián)連接在變頻器的逆變電路IGBT的兩端。由于電機(jī)的容性勵(lì)磁電流，產(chǎn)生勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)，電機(jī)通過(guò)自勵(lì)發(fā)電，向電源反饋能量。這是一個(gè)電機(jī)將機(jī)械勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能并回饋給電網(wǎng)的過(guò)程。

再生的能量經(jīng)與變頻器逆變電路并聯(lián)的二極管整流后，饋入變頻器的DC電路，使DC電路的電壓從530伏左右上升到六七百伏，甚至更高。特別是在需要減速停車(chē)的大慣性負(fù)載過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)生。這種電壓的急劇上升可能會(huì)對(duì)變頻器主電路的儲(chǔ)能電容和逆變模塊造成很大的電壓和電流沖擊甚至損壞。因此，制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻(也稱(chēng)為制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻)往往是變頻器的必要或首選的輔助部件。在小功率變頻器中，制動(dòng)單元往往集成在功率模塊中，制動(dòng)電阻也安裝在機(jī)體中。而大功率變頻器的P、N端直接從DC電路中引出，用戶(hù)根據(jù)負(fù)載運(yùn)行情況選擇制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻。

一例維修實(shí)例：

臺(tái)東一臺(tái)7300PA 75kW逆變器因IGBT模塊爆炸送修。檢查U、V相模塊是否全部損壞，驅(qū)動(dòng)電路是否受到強(qiáng)電沖擊，是否也有部件損壞。模塊和驅(qū)動(dòng)電路修復(fù)后，使用7.5kW電機(jī)進(jìn)行調(diào)試，運(yùn)行正常。即交付給用戶(hù)安裝使用。

運(yùn)行一個(gè)月左右，用戶(hù)因模塊爆炸。再次檢查兩相模塊是否損壞。不敢大意，但是問(wèn)用戶(hù)也不清楚。到用戶(hù)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，我們可以找出損壞的原因。變頻器原負(fù)載為負(fù)，因?yàn)楣に囈�求，運(yùn)行三分鐘，需要在30秒內(nèi)停機(jī)。采用免費(fèi)停車(chē)模式，現(xiàn)場(chǎng)做了一個(gè)測(cè)試。由于風(fēng)扇是大慣性負(fù)載，電機(jī)完全停止需要將近20分鐘。為了快速停止，用戶(hù)將控制參數(shù)設(shè)置為減速，并將減速時(shí)間設(shè)置為30秒。減速停車(chē)過(guò)程中，電機(jī)再生電能反饋，使逆變器DC電路電壓異常升高，有時(shí)會(huì)跳出過(guò)壓故障而停車(chē)。通常，在用戶(hù)執(zhí)行故障復(fù)位后，它會(huì)被強(qiáng)制引導(dǎo)。正是這種反饋電能使得DC電路電壓異常升高，超出了IGBT的安全工作范圍而爆裂。

維修后向用戶(hù)說(shuō)明情況，并增加制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻后，變頻器投入運(yùn)行，幾年來(lái)沒(méi)有再發(fā)生模塊爆裂故障。

這種制動(dòng)方式加快了機(jī)械慣性能量的消耗，有利于縮短停車(chē)過(guò)程，將電機(jī)的再生發(fā)電能量耗散到“制動(dòng)阻力”上，其工作狀態(tài)為動(dòng)力制動(dòng)狀態(tài)。小功率變頻器由內(nèi)置制動(dòng)開(kāi)關(guān)管和內(nèi)置制動(dòng)功率電阻組成。根據(jù)DC電路的電壓檢測(cè)信號(hào)，直接控制制動(dòng)開(kāi)關(guān)管的通斷或CPU輸出控制指令，將制動(dòng)電阻并聯(lián)到DC電路中，使DC電路的電壓增量變成電阻的熱量，消散在空氣中。

二、變頻器制動(dòng)電路的類(lèi)型：

低功率逆變器型號(hào)通常采用集成模塊，制動(dòng)單元

制動(dòng)控制信號(hào)有兩個(gè)來(lái)源：

1.根據(jù)DC電路電壓檢測(cè)信號(hào)，CPU發(fā)出制動(dòng)動(dòng)作命令，由普通光耦或驅(qū)動(dòng)光耦控制制動(dòng)開(kāi)關(guān)管的通斷。制動(dòng)命令可以是脈沖信號(hào)或DC電壓信號(hào)；

2.DC電路電壓檢測(cè)電路將其處理成DC開(kāi)關(guān)信號(hào)，直接控制光耦，進(jìn)而控制制動(dòng)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)閉。

制動(dòng)開(kāi)關(guān)管的控制電路如下：

下圖為臺(tái)達(dá)VFD-A 3.7kW變頻器的制動(dòng)控制電路。控制電路由獨(dú)立繞組供電，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電隔離。來(lái)自CPU的BRK信號(hào)經(jīng)KPH光耦隔離，功率放大后驅(qū)動(dòng)制動(dòng)開(kāi)關(guān)管。B1和B2是制動(dòng)電阻器接入端子。

三、制動(dòng)單元：

由于中大功率變頻器的安裝空間、制動(dòng)功率和現(xiàn)場(chǎng)操作的差異，一般不內(nèi)置制動(dòng)開(kāi)關(guān)管和制動(dòng)電阻，僅從DC電路中引出P、N兩個(gè)端子供用戶(hù)外接制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻。

下圖顯示了變頻器選件——制動(dòng)單元的電路原理圖：

該制動(dòng)單元的電源由380V/18V變壓器獲得，15V穩(wěn)壓電源由整流、濾波、穩(wěn)壓電路取出供整機(jī)控制電路使用。

變頻器的p和N端子連接到制動(dòng)單元的主電路和電壓檢測(cè)電路。電壓采樣電路由R3-R7組成。當(dāng)DC電路電壓為550V，R7約為7V時(shí)，穩(wěn)壓器DW2提供輸入保護(hù)，C6濾除引線的噪聲電壓，檢測(cè)電路通過(guò)R8輸入到運(yùn)算放大器LM324的5腳。該級(jí)放大器形成電壓跟隨器輸出設(shè)備。7腳輸出的電壓檢測(cè)信號(hào)通過(guò)R9施加到后級(jí)的電壓跟隨器，驅(qū)動(dòng)HL2——主DC電路的電壓接入指示燈；一路通過(guò)R11輸入到后一級(jí)電壓比較器的10引腳(非反相輸入)，該級(jí)放大器的9引腳(反相輸入)與半可變電阻器RP1連接。連接RP1的目的是為了克服采樣電阻網(wǎng)絡(luò)的離散性，精確調(diào)整制動(dòng)動(dòng)作值。RP1的中心臂電壓是基準(zhǔn)電壓。與該參考電壓相比，10引腳電壓檢測(cè)信號(hào)的電壓由于負(fù)載電機(jī)反向產(chǎn)生的能量而上升到660V(或680V)時(shí)，其電壓約為8.5V。因?yàn)?腳的參考電壓已經(jīng)預(yù)先調(diào)整到8.4V左右，所以這組放大器的兩個(gè)輸入端信號(hào)比較的結(jié)果是放大器的輸出反相，8腳的輸出處于高電平，HL3指示燈亮。HL3的電流通路正好是Q1的正偏置通路，晶體管Q1導(dǎo)通，提供驅(qū)動(dòng)IC-TLP520(光耦驅(qū)動(dòng)IC)的輸入電流。TLP250的6/7輸出引腳輸出正激勵(lì)電壓，該電壓通過(guò)R18直接驅(qū)動(dòng)IGBT模塊。圖2中的Q2是IGBT模塊，型號(hào)為MG100Q2YS42，100A模塊。當(dāng)需要較大的制動(dòng)功率來(lái)驅(qū)動(dòng)較大的IGBT模塊時(shí)，從A點(diǎn)接入一個(gè)由兩個(gè)中大功率三極管組成的互補(bǔ)電壓跟隨器(功放電路)，PC2輸出的勵(lì)磁電流信號(hào)放大到一定幅度后再驅(qū)動(dòng)IGBT開(kāi)關(guān)模塊。

制動(dòng)單元電路通常由三部分組成：1 .電源電路由降壓變壓器整流、濾波、穩(wěn)壓得到；通過(guò)功率電阻降壓穩(wěn)壓獲得；注意第一點(diǎn)和第二點(diǎn)，是通過(guò)開(kāi)關(guān)電源的逆變、整流、穩(wěn)壓得到的。本電路采用第一種供電方式。2.DC電路電壓檢測(cè)(采樣)電路：一般由電阻分壓網(wǎng)絡(luò)獲得，然后由后級(jí)的電壓比較器取出制動(dòng)動(dòng)作信號(hào)，送到后級(jí)的IGBT模塊驅(qū)動(dòng)電路。3.IGBT模塊驅(qū)動(dòng)電路。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，制動(dòng)單元就是一個(gè)電子開(kāi)關(guān)，承擔(dān)著將制動(dòng)電阻連接到DC電路的任務(wù)。用接觸器代替這個(gè)電子開(kāi)關(guān)也不是不可能的。反正開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，電路中還有一個(gè)“限流”的制動(dòng)電阻，所以開(kāi)關(guān)本身的安全性還是有保證的，只有開(kāi)關(guān)的額定電流值才能拿走一定的財(cái)富。對(duì)于電子開(kāi)關(guān)器件，當(dāng)然也要考慮工作中的散熱問(wèn)題。簡(jiǎn)單的控制就是電壓比較器的輸出信號(hào)直接控制驅(qū)動(dòng)器IC的輸出。當(dāng)DC電路電壓高達(dá)660V時(shí)，模塊打開(kāi)(開(kāi)關(guān)閉合)，連接制動(dòng)電阻進(jìn)行“能耗制動(dòng)”。當(dāng)DC電路電壓回落到600V左右時(shí)，電壓比較器的輸出狀態(tài)反轉(zhuǎn)，模塊關(guān)斷(開(kāi)關(guān)關(guān)斷)，制動(dòng)動(dòng)作結(jié)束。制動(dòng)點(diǎn)和終點(diǎn)的設(shè)定沒(méi)有那么嚴(yán)格和準(zhǔn)確，各廠家的設(shè)定值可能會(huì)有一些偏差，只要保護(hù)好DC電路不受高壓沖擊即可。注意一點(diǎn)驅(qū)動(dòng)電路，IGBT模塊是脈沖驅(qū)動(dòng)，效果更好。

四、另一種制動(dòng)方式：

以上制動(dòng)方式可以縮短制動(dòng)過(guò)程，保護(hù)IGBT和DC電路儲(chǔ)能電容。還有一種制動(dòng)控制模式，目的是不消耗反向發(fā)電的再生能量，電機(jī)負(fù)載不一定是慣性負(fù)載。即在電機(jī)的定子繞組上施加直流電，也就是通常所說(shuō)的直流制動(dòng)。對(duì)于需要準(zhǔn)確或快速停車(chē)的場(chǎng)合，可以在啟動(dòng)前停止外部因素引起的電機(jī)不規(guī)則轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)變頻器的逆變電路可以方便地實(shí)現(xiàn)DC制動(dòng)控制。

比如紡織機(jī)，如果停得太猛，很容易斷針；如果停得太慢，很容易斷線。當(dāng)需要減速到某一值時(shí)，在1.2秒內(nèi)輕停。通過(guò)機(jī)械變頻器拖動(dòng)并設(shè)置以下參數(shù)：1 .啟用DC制動(dòng)功能；2.DC制動(dòng)的啟動(dòng)頻率，即電機(jī)運(yùn)行實(shí)施DC制動(dòng)的頻率。降低啟動(dòng)頻率，如8Hz，效果更佳；3.制動(dòng)力和速度由給定的DC電壓值決定；4.給定時(shí)間的制動(dòng)電壓。其中2、3、4必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行測(cè)試和調(diào)整。

DC制動(dòng)工作時(shí)，逆變器先中斷三相電壓輸出，再向定子繞組輸出DC，實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)。在這個(gè)過(guò)程中，電機(jī)產(chǎn)生的再生能量沒(méi)有饋入變頻器的DC電路，因此不需要安裝制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻。

但是，如果是慣性負(fù)載，可能需要在減速期間激活制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻器。

有些人認(rèn)為只要要求快速停車(chē)，就應(yīng)該安裝所有的制動(dòng)單元和電阻，這是一個(gè)誤區(qū)。有些機(jī)器幾乎沒(méi)有慣性。當(dāng)馬達(dá)停止時(shí)，機(jī)器不會(huì)移動(dòng)。使用常規(guī)的自由停車(chē)控制就足夠了。變頻器的輸出一停止，機(jī)器就會(huì)立即停止。

對(duì)于大慣性機(jī)械，如果沒(méi)有停機(jī)要求，停一個(gè)小時(shí)也不會(huì)耽誤什么。也可以通過(guò)免費(fèi)停車(chē)來(lái)控制。

在這兩種情況下，只要能夠采用自由停車(chē)控制模式，就沒(méi)有必要安裝制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻器。

制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻只在停車(chē)快且需要停車(chē)時(shí)間的地方使用。變頻器處于減速停車(chē)控制模式，起到消耗電機(jī)再生能量，保護(hù)IGBT安全，縮短