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?制動(dòng)單元選型介紹

? 在由變頻器,異步電動(dòng)機(jī)和機(jī)械負(fù)載所組成的變頻傳動(dòng)系統(tǒng)中,當(dāng)電動(dòng)機(jī)減速或者所拖動(dòng)的位能負(fù)載下放時(shí),電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài).傳動(dòng)系統(tǒng)中所儲(chǔ)存的機(jī)械能經(jīng)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成電能,通過逆變

橋的六個(gè)續(xù)流二極管整流回饋到直流側(cè).由于此時(shí)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(shí)若不采取另外的措施,這部分能量將無法及時(shí)釋放而導(dǎo)致中間回路電力電容器上電壓上升,如果電動(dòng)機(jī)的減速并不快,電容器上電壓的升高并不明顯,一旦電動(dòng)機(jī)恢復(fù)到電動(dòng)狀態(tài),這部分能量將被重新利用。但當(dāng)電動(dòng)機(jī)減速過程較快時(shí)，電容器上電壓升高很快，結(jié)果，或使變頻器中的”制動(dòng)過電壓保護(hù)”動(dòng)作,或損壞變頻器.所以,在制動(dòng)過程較快或位能負(fù)載的拽引系統(tǒng)中,必須考慮再生能量的泵升電路(即制動(dòng)單元)的處理問題.

在通用變頻器中,對(duì)能量的處理方式有三種:

(1) 耗散到”制動(dòng)單元中

(2) 用并聯(lián)直流回路向多臺(tái)變頻器供電;

(3) 使能量回饋到電網(wǎng);

前兩種狀態(tài)稱為動(dòng)力制動(dòng)狀態(tài);后一種工作狀態(tài)則稱為再生制動(dòng)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(dòng)機(jī)均處于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài).

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

P1=PΩ P△ PCu2 PCu1 PFe P2

其中:

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

PΩ:機(jī)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(dòng)設(shè)計(jì)中選配好制動(dòng)電阻的阻值、功率和制動(dòng)單元的功率，是我們?cè)谧冾l器應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)碰到的問題。在選配時(shí)，如果配置不當(dāng)就會(huì)使系統(tǒng)工作不正常。嚴(yán)重的時(shí)候，會(huì)損壞變頻器和制動(dòng)單元。大多數(shù)的工程師在能耗制動(dòng)設(shè)計(jì)中都以自己的經(jīng)驗(yàn)來選配，為了安全，都會(huì)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(dòng)能力降低，有的時(shí)候甚至影響到了整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。怎樣選配才算合理呢？首先我們要明白，制動(dòng)單元的工作任務(wù)是讓變頻器在制動(dòng)工況時(shí)，直流母線的電壓在允許的范圍內(nèi)波動(dòng)。這里我們主要討論的是AC380/440的低壓變頻器，因?yàn)檫@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(dòng)時(shí)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(gè)值。直流母線的過電壓設(shè)置，是為了保護(hù)IGBT在工作時(shí)不被電壓擊穿而損壞。在這個(gè)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(dòng)時(shí)的直流電壓上限可選在720V左右。在電制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，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(dòng)功率越大，電壓上升的速度就越快，也就是上升斜率越大。當(dāng)直流電壓上升到制動(dòng)電壓時(shí)，制動(dòng)單元的斬波器開始工作，制動(dòng)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(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的電能。在制動(dòng)單元工作時(shí)，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(shí)候通過電阻對(duì)能量的消耗，使直流母線上的電壓下降。當(dāng)下降到制動(dòng)單元的電壓下限時(shí)，制動(dòng)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(dòng)，就使得電容器內(nèi)的電能在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，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(dòng)電阻和制動(dòng)單元的計(jì)算。

Um是制動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的最小電阻；

Pm是系統(tǒng)的制動(dòng)功率；

Ir是制動(dòng)單元的工作電流。

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

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

單次制動(dòng)和重復(fù)制動(dòng)區(qū)別:

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

?重復(fù)制動(dòng)指在一定運(yùn)行周期內(nèi)需要多次降速的情況,見上圖.

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

???

但是，在實(shí)際工作中，電機(jī)拖動(dòng)的情況是非常復(fù)雜的。往往在系統(tǒng)中并不是取的制動(dòng)功率。并且在系統(tǒng)中存在著傳動(dòng)損耗、電機(jī)的功率因數(shù)、電機(jī)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(shí)際的制動(dòng)功率的計(jì)算，Um的取值可以用700V來計(jì)算。或在最小電阻的基礎(chǔ)上乘一個(gè)系數(shù)K，其取值為1~1.15。這是在拖動(dòng)中制動(dòng)功率下的電阻的計(jì)算。在制動(dòng)中平均的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的的計(jì)算：

其中Rz是實(shí)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(dòng)轉(zhuǎn)矩；

由于在傳動(dòng)中機(jī)械損耗計(jì)為20，所以在計(jì)算中要乘以0.8

現(xiàn)在我們就根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用情況，用國內(nèi)的專業(yè)生產(chǎn)廠家，《上海瓦藍(lán)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(fù)載而且是大慣性的制動(dòng)運(yùn)行以及在位能負(fù)載中并且運(yùn)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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