一、為嘛要采用制動(dòng)電路？

當負載電機的轉速由于慣性或某種原因高于變頻器的輸出轉速時(shí)，電機由“電”態(tài)變?yōu)椤皠?dòng)”態(tài)，暫時(shí)將電機變成發(fā)電機。一些特殊的機器，如礦井提升機、卷?yè)P機、高速電梯、風(fēng)機等。當電機減速、制動(dòng)或放下重負載時(shí)，由于機械系統的勢能和勢能，電機的實(shí)際轉速可能超過(guò)變頻器的給定轉速。電機轉子繞組中感應電流的相位超前于感應電壓，定子繞組中由于互感出現3354容性電流的感應電流。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。由于電機的容性勵磁電流，產(chǎn)生勵磁磁動(dòng)勢，電機通過(guò)自勵發(fā)電，向電源反饋能量。這是一個(gè)電機將機械勢能轉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 )對變頻器主電路的儲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)根據負載運行情況選擇制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻。

一例維修實(shí)例：

臺東一臺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，驅動(dòng)電路是否受到強電沖擊，是否也有部件損壞。模塊和驅動(dòng)電路修復后，使用7.5kW電機進(jìn)行調試，運行正常。即交付給用戶(hù)安裝使用。

運行一個(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)現場(chǎng)，我們可以找出損壞的原因。變頻器原負載為負，因為工藝要求，運行三分鐘，需要在30秒內停機。采用免費停車(chē)模式，現場(chǎng)做了一個(gè)測試。由于風(fēng)扇是大慣性負載，電機完全停止需要將近20分鐘。為了快速停止，用戶(hù)將控制參數設置為減速，并將減速時(shí)間設置為30秒。減速停車(chē)過(guò)程中，電機再生電能反饋，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)執行故障復位后，它會(huì )被強制引導。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)方式加快了機械慣性能量的消耗，有利于縮短停車(chē)過(guò)程，將電機的再生發(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)。小功率變頻器由內置制動(dòng)開(kāi)關(guān)管和內置制動(dòng)功率電阻組成。根據DC電路的電壓檢測信號，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：

低功率逆變器型號通常采用集成模塊，制動(dòng)單元

制動(dòng)控制信號有兩個(gè)來(lái)源：

1.根據DC電路電壓檢測信號，CPU發(fā)出制動(dòng)動(dòng)作命令，由普通光耦或驅動(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或DC電壓信號；

2.DC電路電壓檢測電路將其處理成DC開(kāi)關(guān)信號，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：

下圖為臺達VFD-A 3.7kW變頻器的制動(dòng)控制電路。控制電路由獨立繞組供電，實(shí)現強弱電隔離。來(lái)自CPU的BRK信號經(jīng)KPH光耦隔離，功率放大后驅動(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)功率和現場(chǎng)操作的差異，一般不內置制動(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穩壓電源由整流、濾波、穩壓電路取出供整機控制電路使用。

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電路。電壓采樣電路由R3-R7組成。當DC電路電壓為550V，R7約為7V時(shí)，穩壓器DW2提供輸入保護，C6濾除引線(xiàn)的噪聲電壓，檢測電路通過(guò)R8輸入到運算放大器LM324的5腳。該級放大器形成電壓跟隨器輸出設備。7腳輸出的電壓檢測信號通過(guò)R9施加到后級的電壓跟隨器，驅動(dòng)HL2——主DC電路的電壓接入指示燈；一路通過(guò)R11輸入到后一級電壓比較器的10引腳(非反相輸入)，該級放大器的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，精確調整制動(dòng)動(dòng)作值。RP1的中心臂電壓是基準電壓。與該參考電壓相比，10引腳電壓檢測信號的電壓由于負載電機反向產(chǎn)生的能量而上升到660V(或680V)時(shí)，其電壓約為8.5V。因為9腳的參考電壓已經(jīng)預先調整到8.4V左右，所以這組放大器的兩個(gè)輸入端信號比較的結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導通，提供驅動(dòng)IC-TLP520(光耦驅動(dòng)IC)的輸入電流。TLP250的6/7輸出引腳輸出正激勵電壓，該電壓通過(guò)R18直接驅動(dòng)IGBT模塊。圖2中的Q2是IGBT模塊，型號為MG100Q2YS42，100A模塊。當需要較大的制動(dòng)功率來(lái)驅動(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電壓跟隨器(功放電路)，PC2輸出的勵磁電流信號放大到一定幅度后再驅動(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、穩壓得到；通過(guò)功率電阻降壓穩壓獲得；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、穩壓得到的。本電路采用第一種供電方式。2.DC電路電壓檢測(采樣)電路：一般由電阻分壓網(wǎng)絡(luò )獲得，然后由后級的電壓比較器取出制動(dòng)動(dòng)作信號，送到后級的IGBT模塊驅動(dòng)電路。3.IGBT模塊驅動(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)，承擔著(zhù)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富。對于電子開(kāi)關(guān)器件，當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直接控制驅動(dòng)器IC的輸出。當DC電路電壓高達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，模塊關(guān)斷(開(kāi)關(guān)關(guān)斷)，制動(dòng)動(dòng)作結束。制動(dòng)點(diǎn)和終點(diǎn)的設定沒(méi)有那么嚴格和準確，各廠(chǎng)家的設定值可能會(huì )有一些偏差，只要保護好DC電路不受高壓沖擊即可。注意一點(diǎn)驅動(dòng)電路，IGBT模塊是脈沖驅動(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IGBT和DC電路儲能電容。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，電機負載不一定是慣性負載。即在電機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)。對于需要準確或快速停車(chē)的場(chǎng)合，可以在啟動(dòng)前停止外部因素引起的電機不規則轉動(dòng)。通過(guò)變頻器的逆變電路可以方便地實(shí)現DC制動(dòng)控制。

比如紡織機，如果停得太猛，很容易斷針；如果停得太慢，很容易斷線(xiàn)。當需要減速到某一值時(shí)，在1.2秒內輕停。通過(guò)機械變頻器拖動(dòng)并設置以下參數：1 .啟用DC制動(dòng)功能；2.DC制動(dòng)的啟動(dòng)頻率，即電機運行實(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必須根據現場(chǎng)情況進(jìn)行測試和調整。

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)現能耗制動(dòng)。在這個(gè)過(guò)程中，電機產(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。

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

對于大慣性機械，如果沒(méi)有停機要求，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，起到消耗電機再生能量，保護IGBT安全，縮短