變頻器制動(dòng)電阻的作用

在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電機(jī)的降速和停機(jī)是通過逐漸減小頻率來實(shí)現(xiàn)的，在頻率減小的瞬間，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨之下降，而由于機(jī)械慣性的原因，電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速未變。當(dāng)同步轉(zhuǎn)速小于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子電流的相位幾乎改變了180度，電機(jī)從電動(dòng)狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)；

與此同時(shí)，電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩變成了制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速下降，電機(jī)處于再生制動(dòng)狀態(tài)。電機(jī)再生的電能經(jīng)續(xù)流二極管全波整流后反饋到直流電路。由于直流電路的電能無法通過整流橋回饋到電網(wǎng)，僅靠變頻器本身的電容吸收，雖然其他部分能消耗電能，

但電容仍有短時(shí)間的電荷堆積，形成"泵升電壓“，使直流電壓升高。過高的直流電壓將使各部分器件受到損害。因此在機(jī)械慣性比較大的系統(tǒng)中，需要采用制動(dòng)電阻，如升降機(jī)、數(shù)控機(jī)床、提升機(jī)等。

一、變頻器制動(dòng)電阻的作用

制動(dòng)電阻使用率規(guī)定了制動(dòng)電阻的使用效率，以避免制動(dòng)電阻過熱而損壞，它會(huì)影響制動(dòng)單元的制動(dòng)效果。制動(dòng)電阻的使用率設(shè)置越低，電阻的發(fā)熱程度越小，電阻上消耗的能量越少，制動(dòng)效果越差。同時(shí)，制動(dòng)單元的容量也沒有得到充分利用。理論上講，制動(dòng)電阻使用率為100時(shí)，對(duì)制動(dòng)單元容量的利用最充分，制動(dòng)效果也明顯，然而這需要較大的制動(dòng)電阻功率的代價(jià)，使用者應(yīng)綜合考慮。在制動(dòng)電阻阻值和功率都已經(jīng)確定的前提下，對(duì)于減速較慢的大慣性負(fù)載，選取較低的電阻使用率會(huì)取得較好的效果。對(duì)于需要快速停機(jī)的負(fù)載，宜選取較大制動(dòng)電阻使用率。

非重復(fù)制動(dòng)：所謂非重復(fù)制動(dòng)，是指拖動(dòng)系統(tǒng)在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)只有一次減速制動(dòng)過程，因此制動(dòng)電阻在該段時(shí)間內(nèi)只有一次消耗能量的過程，制動(dòng)電阻的功率也因此可以進(jìn)一步減小，減小的幅度決定于制動(dòng)電阻的耐沖擊能力和單次減速制動(dòng)的動(dòng)作時(shí)間。

重復(fù)制動(dòng)：有些機(jī)械是需要反復(fù)制動(dòng)的，如起重機(jī)械和龍門刨床等，在重復(fù)制動(dòng)且制動(dòng)時(shí)間較短的情況下，制動(dòng)電阻的選用功率P 選用與制動(dòng)占空比（每次制動(dòng)時(shí)間tb與每?jī)纱沃苿?dòng)之間的時(shí)間間隔tc之比tb/tc）有近似線性關(guān)系。制動(dòng)占空比越小，制動(dòng)電阻功率的降額使用的幅度越大（P 選用/P 額越小）。

二、變頻器在哪些情況下需要配制動(dòng)電阻

變頻器配制動(dòng)電阻，主要是想通過制動(dòng)電阻來消耗掉直流母線電容上的一部分能量，避免電容的電壓過高。理論上如果電容存儲(chǔ)的能量多，可以用來釋放出來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，避免能量浪費(fèi)，但是電容的容量有限，而電容的耐壓也是有限的，當(dāng)母線電容的電壓高到一定程度，就可能會(huì)損壞電容了，有些還可能損壞IGBT，所以需要及時(shí)通過制動(dòng)電阻來釋放電，這種釋放，是白白浪費(fèi)掉的，是一種沒有辦法的做法。

1、母線電容是個(gè)緩沖區(qū)，容納能量有限

三相交流電全部整流后，接入電容，滿載運(yùn)行時(shí)候，母線正常的電壓大約是1.35倍，380*1.35=513伏，這個(gè)電壓當(dāng)然會(huì)實(shí)時(shí)波動(dòng)的，但是不能低于480伏，否則會(huì)欠壓報(bào)警保護(hù)。母線電容一般是兩組450V電解電容串聯(lián)而成，理論耐壓是900V，如果母線電壓超過這個(gè)值，電容會(huì)直接爆掉了，所以母線電壓是無論如何都不能達(dá)到900伏這么高壓的。

實(shí)際上，三相380伏輸入的IGBT的耐壓值是1200伏，往往要求工作在800伏以內(nèi)，考慮到電壓如果升高，都會(huì)有個(gè)慣性問題，也就是你馬上讓制動(dòng)電阻工作了，母線電壓也不會(huì)很快降低下來，所以很多變頻器，都是設(shè)計(jì)在700伏左右就通過制動(dòng)單元讓制動(dòng)電阻開始工作，讓母線電壓降低下來，避免往上繼續(xù)沖。

所以制動(dòng)電阻設(shè)計(jì)，核心就是考慮到電容和IGBT模塊的耐壓?jiǎn)栴}，避免這兩大重要的器件被母線的高電壓沖壞掉了，這兩類元件如果壞掉了，變頻器也就無法正常工作了。

2、快速停車要制動(dòng)電阻，瞬間加速也需要

變頻器母線電壓之所以會(huì)變高，很多時(shí)候是變頻器讓電機(jī)工作在電子制動(dòng)狀態(tài)，讓IGBT通過一定的導(dǎo)通順序，利用電機(jī)是大電感電流不能突變，瞬間產(chǎn)生高壓來往母線電容充電，這時(shí)候讓電機(jī)快點(diǎn)降低速度下來。如果這時(shí)候沒有制動(dòng)電阻及時(shí)消耗掉母線的能量，母線電壓將會(huì)持續(xù)變高而威脅變頻器的安全了。

如果負(fù)載不是很重，也沒有什么快速停車要求，這種場(chǎng)合是不需要使用制動(dòng)電阻的，即使你裝了制動(dòng)電阻，制動(dòng)單元的工作閥值電壓沒有被觸發(fā)，制動(dòng)電阻也不會(huì)投入工作。

除了大負(fù)荷減速場(chǎng)合需要增加制動(dòng)電阻和制動(dòng)單元來快速剎車外，實(shí)際上如果符合比較重，啟動(dòng)時(shí)間時(shí)間要求非?？炷欠N，也需要制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻來配合啟動(dòng)的，以往我試過用變頻器帶動(dòng)一種特殊的沖床，要求把變頻器的加速時(shí)間設(shè)計(jì)成0.1秒，這時(shí)候滿負(fù)荷啟動(dòng)，雖然負(fù)荷并不是非常重，但是因?yàn)榧铀贂r(shí)間太短了，這時(shí)候母線電壓波動(dòng)非常厲害，也會(huì)出現(xiàn)過壓或者過流的情況，后來增加了外置的制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，變頻器就能正常工作了。分析起來，是因?yàn)閱?dòng)時(shí)間太短，母線電容的電壓瞬間被掏空了，而整流器瞬間有大的電流充進(jìn)來，引起母線電壓突然變高，這樣母線的電壓波動(dòng)太厲害，瞬間可能會(huì)超過了700伏，加上了制動(dòng)電阻，就可以及時(shí)消除這個(gè)波動(dòng)的高壓，讓變頻器工作在正常狀態(tài)。

還有一種特殊的情況，是矢量控制場(chǎng)合，電機(jī)的扭矩和速度方向相反，或者工作在零轉(zhuǎn)速扭矩輸出的場(chǎng)合，比如吊機(jī)掉了重物停在半空中，收放卷場(chǎng)合需要力矩控制，都需要讓電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，源源不斷的電流會(huì)反充到母線電容中，通過制動(dòng)電阻，就可以及時(shí)消耗掉這些能量，保持母線電壓平衡穩(wěn)定了。

很多小變頻器，比如3.7KW的，往往都內(nèi)置了制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，應(yīng)該是考慮到母線電容調(diào)小的緣由吧，而小功率的電阻和制動(dòng)單元并沒有那么貴