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?制動單元選型介紹

? 在由變頻器,異步電動機和機械負載所組成的變頻傳動系統(tǒng)中,當電動機減速或者所拖動的位能負載下放時,電動機將處于再生發(fā)電制動狀態(tài).傳動系統(tǒng)中所儲存的機械能經(jīng)異步電動機轉(zhuǎn)換成電能,通過逆變

橋的六個續(xù)流二極管整流回饋到直流側(cè).由于此時的逆變橋處于整流狀態(tài),在通用型變頻器中,網(wǎng)側(cè)整流器為不可控二極管,此時若不采取另外的措施,這部分能量將無法及時釋放而導(dǎo)致中間回路電力電容器上電壓上升,如果電動機的減速并不快,電容器上電壓的升高并不明顯,一旦電動機恢復(fù)到電動狀態(tài),這部分能量將被重新利用。但當電動機減速過程較快時，電容器上電壓升高很快，結(jié)果，或使變頻器中的”制動過電壓保護”動作,或損壞變頻器.所以,在制動過程較快或位能負載的拽引系統(tǒng)中,必須考慮再生能量的泵升電路(即制動單元)的處理問題.

在通用變頻器中,對能量的處理方式有三種:

(1) 耗散到”制動單元中

(2) 用并聯(lián)直流回路向多臺變頻器供電;

(3) 使能量回饋到電網(wǎng);

前兩種狀態(tài)稱為動力制動狀態(tài);后一種工作狀態(tài)則稱為再生制動狀態(tài).(這種分類是根據(jù)再生能量是否回饋到交流電網(wǎng)而定義的,無論哪一種,異步電動機均處于發(fā)電制動狀態(tài).

另外還有一種制動方式,即異步電動機定子通直流電,實現(xiàn)電動機的能耗制動,常稱為直流制動(DC制動);用于要求準確停車或啟動前制止電動機由外界因素引起的不規(guī)則旋轉(zhuǎn),如靜止的軸流風(fēng)機受氣流影響產(chǎn)生自由轉(zhuǎn)動.

P1=PΩ P△ PCu2 PCu1 PFe P2

其中:

P1:發(fā)電狀態(tài)下電機的轉(zhuǎn)動慣性所產(chǎn)生的輸入功率(再生功率)

PΩ:機械損耗功率

P△:附加損耗功率

PCu2:轉(zhuǎn)子銅耗功率

PCu1:定子銅耗功率

PFe:鐵心損耗功率

P2:凈回饋的輸出電功率

如何在能耗制動設(shè)計中選配好制動電阻的阻值、功率和制動單元的功率，是我們在變頻器應(yīng)用中經(jīng)常會碰到的問題。在選配時，如果配置不當就會使系統(tǒng)工作不正常。嚴重的時候，會損壞變頻器和制動單元。大多數(shù)的工程師在能耗制動設(shè)計中都以自己的經(jīng)驗來選配，為了安全，都會把安全系數(shù)放得比較大。但是所帶來的結(jié)果是系統(tǒng)的制動能力降低，有的時候甚至影響到了整個系統(tǒng)的安全運行。怎樣選配才算合理呢？首先我們要明白，制動單元的工作任務(wù)是讓變頻器在制動工況時，直流母線的電壓在允許的范圍內(nèi)波動。這里我們主要討論的是AC380/440的低壓變頻器，因為這一類的變頻器是應(yīng)用最為廣泛的。交流整流后的電壓為DC540/620V，這也是交流的峰值電壓。在制動時為了讓整流二極管持續(xù)截止，所選的電壓值一定要高于這個值。直流母線的過電壓設(shè)置，是為了保護IGBT在工作時不被電壓擊穿而損壞。在這個電壓范圍的IGBT都為1.2KV，過電壓設(shè)置可以為DC780V。所以在制動時的直流電壓上限可選在720V左右。在電制動運行時，回饋到直流母線上的電能積累在電容器內(nèi)，導(dǎo)致電容器電壓上升，也就是直流電壓的上升。制動功率越大，電壓上升的速度就越快，也就是上升斜率越大。當直流電壓上升到制動電壓時，制動單元的斬波器開始工作，制動電阻被并聯(lián)到直流母線上。電阻上消耗的能量來自直流母線，其大小應(yīng)該等于制動時所產(chǎn)生的電能。在制動單元工作時，其電流一部分來自變頻器的逆變部分，另外一部分來自電容器。這時候通過電阻對能量的消耗，使直流母線上的電壓下降。當下降到制動單元的電壓下限時，制動單元的斬波器停止工作。這樣變頻器的直流母線電壓在允許的范圍內(nèi)波動，就使得電容器內(nèi)的電能在一定范圍內(nèi)波動，其平均值基本上不變。

根據(jù)上面的分析，我們就可以得到制動電阻和制動單元的計算。

Um是制動的直流電壓上限，在AC380/440V的電壓范圍內(nèi)為720V；

Ievf是變頻器的額定電流；

Rzd是制動系統(tǒng)的最小電阻；

Pm是系統(tǒng)的制動功率；

Ir是制動單元的工作電流。

由此計算出來的Rzd是一個最小值，其產(chǎn)生的制動功率為制動功率。只要電阻的阻值等于這個值，變頻器的工作就是安全可靠的，而系統(tǒng)的制動功率是足夠的。由此計算出來的制動單元的電流是電阻耗能時的電流。計算出的電阻的功率只是一個耗散功率，也是個功率。實際功率的計算與電阻在不同情況下的過負荷倍數(shù)有關(guān)：

其中△K就是電阻的過負荷倍數(shù)。一般廠家都會提供這樣的參數(shù)。下面就是

單次制動和重復(fù)制動區(qū)別:

?單次制動指在一定運行周期內(nèi)迅速降速,最典型例子是急停 兩個峰值之間的間距要在40分鐘以上.

?重復(fù)制動指在一定運行周期內(nèi)需要多次降速的情況,見上圖.

ED：表示制動率在周期為120S時，制動時間所占比率。如上圖可表示為ED=T1/T2.

???

但是，在實際工作中，電機拖動的情況是非常復(fù)雜的。往往在系統(tǒng)中并不是取的制動功率。并且在系統(tǒng)中存在著傳動損耗、電機的功率因數(shù)、電機的效率、變頻器的效率以及過載倍數(shù)等。由于考慮了以上各方面的因數(shù)，所以實際的制動功率的計算，Um的取值可以用700V來計算?；蛟谧钚‰娮璧幕A(chǔ)上乘一個系數(shù)K，其取值為1~1.15。這是在拖動中制動功率下的電阻的計算。在制動中平均的制動轉(zhuǎn)矩的的計算：

其中Rz是實際選用的電阻值；

P是所選用的變頻器功率；

Udc是直流母線的電壓為DC680V；

Tr是平均制動轉(zhuǎn)矩；

由于在傳動中機械損耗計為20，所以在計算中要乘以0.8

現(xiàn)在我們就根據(jù)實際的應(yīng)用情況，用國內(nèi)的專業(yè)生產(chǎn)廠家，《上海瓦藍電子科技有限公司》的產(chǎn)品為例。做出了變頻器在三種基本工況下的選配情況。

第一種情況：在恒轉(zhuǎn)矩負載而且是大慣性的制動運行以及在位能負載中并且運行周期大于2min狀況下的選配。這種選配也就是我們說的3/4配制。

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