變頻器制動電阻的作用

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，轉(zhuǎn)子電流的相位幾乎改變了180度，電機(jī)從電動狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)；

與此同時，電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩變成了制動轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速下降，電機(jī)處于再生制動狀態(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，需要采用制動電阻，如升降機(jī)、數(shù)控機(jī)床、提升機(jī)等。

一、變頻器制動電阻的作用

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

非重復(fù)制動：所謂非重復(fù)制動，是指拖動系統(tǒng)在一個相當(dāng)長的時間內(nèi)只有一次減速制動過程，因此制動電阻在該段時間內(nèi)只有一次消耗能量的過程，制動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電阻的耐沖擊能力和單次減速制動的動作時間。

重復(fù)制動：有些機(jī)械是需要反復(fù)制動的，如起重機(jī)械和龍門刨床等，在重復(fù)制動且制動時間較短的情況下，制動電阻的選用功率P 選用與制動占空比（每次制動時間tb與每兩次制動之間的時間間隔tc之比tb/tc）有近似線性關(guān)系。制動占空比越小，制動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電阻

變頻器配制動電阻，主要是想通過制動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的能量多，可以用來釋放出來驅(qū)動電機(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，就可能會損壞電容了，有些還可能損壞IGBT，所以需要及時通過制動電阻來釋放電，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)行時候，母線正常的電壓大約是1.35倍，380*1.35=513伏，這個電壓當(dāng)然會實(shí)時波動的，但是不能低于480伏，否則會欠壓報(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值，電容會直接爆掉了，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，都會有個慣性問題，也就是你馬上讓制動電阻工作了，母線電壓也不會很快降低下來，所以很多變頻器，都是設(shè)計(jì)在700伏左右就通過制動單元讓制動電阻開始工作，讓母線電壓降低下來，避免往上繼續(xù)沖。

所以制動電阻設(shè)計(jì)，核心就是考慮到電容和IGBT模塊的耐壓問題，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、快速停車要制動電阻，瞬間加速也需要

變頻器母線電壓之所以會變高，很多時候是變頻器讓電機(jī)工作在電子制動狀態(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，這時候讓電機(jī)快點(diǎn)降低速度下來。如果這時候沒有制動電阻及時消耗掉母線的能量，母線電壓將會持續(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，這種場合是不需要使用制動電阻的，即使你裝了制動電阻，制動單元的工作閥值電壓沒有被觸發(fā)，制動電阻也不會投入工作。

除了大負(fù)荷減速場合需要增加制動電阻和制動單元來快速剎車外，實(shí)際上如果符合比較重，啟動時間時間要求非常快那種，也需要制動單元和制動電阻來配合啟動的，以往我試過用變頻器帶動一種特殊的沖床，要求把變頻器的加速時間設(shè)計(jì)成0.1秒，這時候滿負(fù)荷啟動，雖然負(fù)荷并不是非常重，但是因?yàn)榧铀贂r間太短了，這時候母線電壓波動非常厲害，也會出現(xiàn)過壓或者過流的情況，后來增加了外置的制動單元和制動電阻，變頻器就能正常工作了。分析起來，是因?yàn)閱訒r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太厲害，瞬間可能會超過了700伏，加上了制動電阻，就可以及時消除這個波動的高壓，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)速扭矩輸出的場合，比如吊機(jī)掉了重物停在半空中，收放卷場合需要力矩控制，都需要讓電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，源源不斷的電流會反充到母線電容中，通過制動電阻，就可以及時消耗掉這些能量，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)置了制動單元和制動電阻，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單元并沒有那么貴