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　　李方園（1973-）

　　男，浙江舟山人，畢業(yè)于浙江大學(xué)電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事于變頻器等現(xiàn)代工控產(chǎn)品的應(yīng)用與研究工作。

　　摘要：在本節(jié)中，主要闡述的是變頻器的制動(dòng)設(shè)計(jì)，闡述了能耗制動(dòng)、回饋到共用直流母線方式的制動(dòng)、回饋到交流電網(wǎng)的制動(dòng)共3種典型制動(dòng)方式的工作原理，以及應(yīng)用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：變頻器；制動(dòng)；能量反饋；共直流母線

　　Abstract: This chapter will describe the brake design of AC inverter system. Energy consuming brake,the brake of the feedback to common dc bus and the brake of the feedback to ac power are the three typies. The disadvatages ,the advatages and the ranges of the application are also discussed here.

　　Key words: AC inverter; brake; energy feedback; common dc bus

　　在本節(jié)中，主要闡述的是變頻器的制動(dòng)設(shè)計(jì)，闡述了能耗制動(dòng)、回饋到共用直流母線方式的制動(dòng)、回饋到交流電網(wǎng)的制動(dòng)共3種典型制動(dòng)方式的工作原理，以及應(yīng)用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)。

　　1 制動(dòng)的基本概念

　　1.1 制動(dòng)問(wèn)題的提出

　　通用變頻器大都為電壓型交-直-交變頻器，從第一章的基本結(jié)構(gòu)圖中可以知道三相交流電首先通過(guò)二極管不控整流橋得到脈動(dòng)直流電，再經(jīng)電解電容濾波穩(wěn)壓，最后經(jīng)無(wú)源逆變輸出電壓、頻率可調(diào)的交流電給電動(dòng)機(jī)供電。這類(lèi)變頻器功率因數(shù)高、效率高、精度高、調(diào)速范圍寬，所以在工業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用。

　　一般而言，負(fù)載的能量可以分為動(dòng)能和勢(shì)能兩種。動(dòng)能（由負(fù)載的速度和重量確定其大小）隨著物體的運(yùn)動(dòng)而累積，當(dāng)動(dòng)能減為零時(shí)，該事物就處在停止?fàn)顟B(tài)。機(jī)械抱閘裝置的方法是用制動(dòng)裝置把物體動(dòng)能轉(zhuǎn)換為摩擦和能消耗掉。對(duì)于變頻器，如果輸出頻率降低，電機(jī)轉(zhuǎn)速將跟隨頻率同樣降低，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)過(guò)程，由制動(dòng)產(chǎn)生的功率將返回到變頻器側(cè)，由于二極管不控整流器能量傳輸不可逆，產(chǎn)生的再生電能傳輸?shù)街绷鱾?cè)濾波電容上，產(chǎn)生泵升電壓；而以GTR、IGBT為代表的全控型器件耐壓較低，過(guò)高的泵升電壓有可能損壞開(kāi)關(guān)器件、電解電容，甚至?xí)茐碾姍C(jī)的絕緣，從而威脅系統(tǒng)安全工作，這就限制了通用變頻器的應(yīng)用范圍。因此，必須將這些功率消耗掉，如可以用電阻發(fā)熱消耗。在用于提升類(lèi)負(fù)載時(shí)，如負(fù)載下降，能量（勢(shì)能）也要返回到變頻器（或電源）側(cè)，這種操作方法被稱(chēng)作“再生制動(dòng)”。

　　如果在負(fù)載減速期間或者長(zhǎng)期被倒拖時(shí)，由電機(jī)側(cè)流到變頻器直流母線側(cè)產(chǎn)生的功率如果不通過(guò)熱消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到變頻器電源側(cè)或者通過(guò)直流母線并聯(lián)的方式由其他電動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)消耗的方法叫做回饋制動(dòng)。顯然，如需要將能量直接返回到電源側(cè)還需要一種特殊的裝置，即能量回饋單元。

　　總而言之，為了改善制動(dòng)能力，不能單純期望靠增加變頻器的容量來(lái)解決問(wèn)題，而必須采用處理再生能量的方法：電阻能耗制動(dòng)和回饋制動(dòng)。

　　因此，在以下應(yīng)用場(chǎng)合，用戶(hù)必須考慮配套使用制動(dòng)方式：電機(jī)拖動(dòng)大慣量負(fù)載（如離心機(jī)、龍門(mén)刨、巷道車(chē)、行車(chē)的大小車(chē)等）并要求急劇減速或停車(chē)；電機(jī)拖動(dòng)位能負(fù)載（如電梯，起重機(jī)，礦井提升機(jī)等）；電機(jī)經(jīng)常處于被拖動(dòng)狀態(tài)（如離心機(jī)副機(jī)、造紙機(jī)導(dǎo)紙輥電機(jī)、化纖機(jī)械牽伸機(jī)等）。以上幾類(lèi)負(fù)載的共同特點(diǎn)，要求電機(jī)不僅運(yùn)行于電動(dòng)狀態(tài)（一、三象限），而且要運(yùn)行于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)（二、四象限）。

　　1.2 電阻能耗制動(dòng)的工作方式

　　電阻能耗制動(dòng)采用的方法就是制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻二部分。

　　即通過(guò)內(nèi)置或外加制動(dòng)電阻的方法將電能消耗在大功率電阻器中，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的四象限運(yùn)行，該方法雖然簡(jiǎn)單，但有如下嚴(yán)重缺點(diǎn)：

　　(1)浪費(fèi)能量，降低了系統(tǒng)的效率。(2)電阻發(fā)熱嚴(yán)重，影響系統(tǒng)的其他部分正常工作。(3)簡(jiǎn)單的能耗制動(dòng)有時(shí)不能及時(shí)抑制快速制動(dòng)產(chǎn)生的泵升電壓，限制了制動(dòng)性能的提高(制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，動(dòng)態(tài)性能好)。

　　1.3 共用直流母線方式的回饋制動(dòng)

　　對(duì)于頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)，或是四象限運(yùn)行的電機(jī)而言，如何處理制動(dòng)過(guò)程不僅影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，而且還有經(jīng)濟(jì)效益的問(wèn)題。于是，回饋制動(dòng)成為人們討論的焦點(diǎn)，然而在目前大部分的通用變頻器還不能通過(guò)單獨(dú)的一臺(tái)變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)再生能量的情況下，如何用最簡(jiǎn)單的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)呢？

　　為解決以上問(wèn)題，這里介紹了一種共用直流母線方式的再生能量回饋系統(tǒng)，通過(guò)這種方式，它可以將制動(dòng)產(chǎn)生的再生能量進(jìn)行充分利用，從而起到既節(jié)約電能又處理再生電能的功效。

　　1.3.1工作原理

　　我們知道通常意義上的異步電機(jī)多傳動(dòng)包括整流橋、直流母線供電回路、若干個(gè)逆變器，其中電機(jī)需要的能量是以直流方式通過(guò)PWM逆變器輸出。在多傳動(dòng)方式下，制動(dòng)時(shí)感生能量就反饋到直流回路。通過(guò)直流回路，這部分反饋能量就可以消耗在其他處在電動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)上，制動(dòng)要求特別高時(shí)，只需要在共用母線上并上一個(gè)共用制動(dòng)單元即可。

　　圖1接線是典型的共用直流母線的制動(dòng)方式，M1是處于電動(dòng)狀態(tài)，M2經(jīng)常處于發(fā)電狀態(tài)，三相交流電源380V接到VF1上。

圖1   共用直流母線的回饋制動(dòng)方式

　　處于電動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)M1上的變頻器VF1端，而VF2則通過(guò)共用直流母線方式與VF1的母線相連。在此種方式下，VF2僅做為逆變器在使用，M2處于電動(dòng)時(shí)，所需能量由交流電網(wǎng)通過(guò)VF1的整流橋獲得；M2處于發(fā)電時(shí)，反饋能量通過(guò)直流母線由M2的電動(dòng)狀態(tài)消耗。

　　1.3.2應(yīng)用范圍

　　共用直流母線的制動(dòng)方式可典型應(yīng)用于造紙機(jī)械、印刷機(jī)械、離心分離機(jī)以及系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)等。在這些應(yīng)用中，有一個(gè)共同的特點(diǎn)：即處于發(fā)電狀態(tài)的M2的容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于處于電動(dòng)狀態(tài)的M1的容量，而且當(dāng)M1的電動(dòng)狀態(tài)停止時(shí)（即變頻器VF1待機(jī)），M2的發(fā)電狀態(tài)隨即轉(zhuǎn)為電動(dòng)狀態(tài)。這樣，直流母線電壓就不會(huì)快速升高，系統(tǒng)始終處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)。

　　這里以離心機(jī)為例進(jìn)行應(yīng)用說(shuō)明。過(guò)濾式螺旋卸料離心機(jī)，在全速下連續(xù)進(jìn)料、連續(xù)卸料，自動(dòng)完成進(jìn)料、分離、洗滌、卸料等工序。離心機(jī)的核心是過(guò)濾型轉(zhuǎn)鼓，利用主機(jī)和副機(jī)的差轉(zhuǎn)速來(lái)控制卸料速度，并實(shí)現(xiàn)無(wú)人安全操作。在處理過(guò)程中，主機(jī)始終處于電動(dòng)狀態(tài)，而副機(jī)則由于轉(zhuǎn)速差的作用，基本上處于發(fā)電狀態(tài)。主機(jī)和副機(jī)功率通常為22KW和5.5KW、30KW和7.5KW、45KW和11KW等4：1匹配，符合本節(jié)闡述的工作方式。為考慮到副機(jī)供電也是由主機(jī)變頻器的整流橋提供，因此必須考慮到VF1的整流橋的額定電流（不同的變頻器廠商其整流橋規(guī)格不一樣），以此來(lái)決定VF1的選型。VF2的選型必須考慮到能夠屏蔽輸入缺相功能的變頻器。應(yīng)用本制動(dòng)方式后，離心機(jī)不僅效率提高，而且節(jié)能效果好、運(yùn)行平穩(wěn)、維護(hù)簡(jiǎn)單。

　　1.3.3制動(dòng)特點(diǎn)

　　采用共用直流母線的制動(dòng)方式，具有以下顯著的特點(diǎn)：

　　(1) 共用直流母線和共用制動(dòng)單元，可以大大減少整流器和制動(dòng)單元的重復(fù)配置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，經(jīng)濟(jì)可靠。

　　(2) 共用直流母線的中間直流電壓恒定，電容并聯(lián)儲(chǔ)能容量大；

　　(3) 各電動(dòng)機(jī)工作在不同狀態(tài)下，能量回饋互補(bǔ)，優(yōu)化了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性；

　　(4) 提高系統(tǒng)功率因數(shù)，降低電網(wǎng)諧波電流，提高系統(tǒng)用電效率。

　　1.4 回饋到交流電網(wǎng)的制動(dòng)方式

　　事實(shí)上，從變頻器內(nèi)部研究和設(shè)計(jì)的方面看，應(yīng)用或?qū)で竽囊环N控制策略可以使變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)的損耗最小而效率最高？怎樣才能使生產(chǎn)機(jī)械儲(chǔ)存的能量及時(shí)高效地回饋到電網(wǎng)？這正是提高效率的兩個(gè)重要途徑。第一個(gè)環(huán)節(jié)是通過(guò)變頻調(diào)速技術(shù)及其優(yōu)化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)"按需供能"，即在滿(mǎn)足生產(chǎn)機(jī)械速度、轉(zhuǎn)矩和動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求的前提下，盡量減少變頻裝置的輸入能量;第二個(gè)環(huán)節(jié)是將由生產(chǎn)機(jī)械中儲(chǔ)存的動(dòng)能或勢(shì)能轉(zhuǎn)換而來(lái)的電能及時(shí)地、高效地"回收"到電網(wǎng)，即通過(guò)有源逆變裝置將再生能量回饋到交流電網(wǎng)，一方面是節(jié)能降耗，另一方面是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的精密制動(dòng)，提高電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能。這里討論的就是變頻調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能控制的第二個(gè)環(huán)節(jié)－變頻調(diào)速能量回饋控制技術(shù)。在能源資源日趨緊張的今天，這項(xiàng)研究無(wú)疑具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　1.4.1雙PWM形式

　　（1）PWM回饋原理

　　雙PWM控制技術(shù)打破了過(guò)去變頻器的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)，采用PWM整流器和PWM逆變器提高了系統(tǒng)功率因數(shù)，并且實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的四象限運(yùn)行，這給變頻器技術(shù)增添了新的生機(jī)，形成了高質(zhì)量能量回饋技術(shù)的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)。

　　圖2所示為采用PWM整流的電壓型變頻器的系統(tǒng)構(gòu)成圖。它的主回路是普通的三相橋式電路，在電源輸入側(cè)接有濾波電感，以便使輸入電流為正弦形。采用直流電壓、輸入電流雙閉環(huán)控制。電流控制常采用追蹤方式PWM，直流電壓的控制采用比例積分PI控制。通過(guò)追蹤式PWM技術(shù)，使用具有滯環(huán)比較器，使得實(shí)際電流鋸齒狀地追蹤設(shè)定電流的變化。設(shè)定電流的波形是電源電壓波形，為正弦形，其相位和電源電壓同相位，同時(shí)相位也可以視需要而調(diào)整。設(shè)定電流的大小由直流電壓調(diào)節(jié)器決定。直流電壓調(diào)節(jié)器的輸入為直流電壓的誤差信號(hào)，即直流電壓的設(shè)定值和檢測(cè)值之差。采用PI控制可以實(shí)現(xiàn)直流電壓的無(wú)靜差。

圖2   雙PWM控制的變頻器構(gòu)成圖

　　（2）雙PWM回饋形式一

　　VACON公司的CXR系列變頻器就是采用雙PWM的結(jié)構(gòu)，能廣泛應(yīng)用于離心分離機(jī)、傾倒裝置、起重機(jī)、重載傳送裝置等需要四象限運(yùn)行的場(chǎng)合，如圖3為CXR配置圖。

　　VaconCXR專(zhuān)為需要連續(xù)制動(dòng)的場(chǎng)合開(kāi)發(fā)。CXR產(chǎn)生的再生能量是無(wú)諧波的，可以被回饋給電源。它可以有效地補(bǔ)償電源的功率因數(shù)。VaconCXR由兩個(gè)同樣(尺寸)的單元CXI組成，其中一個(gè)連接到電機(jī)，另一個(gè)通過(guò)濾波器連接到電源。VaconCXI是一種以CX為基礎(chǔ)的直流供電的PWM逆變器，它不包含整流橋。濾波器為L(zhǎng)CL形成。兩個(gè)CXI單元的直流回路相連。控制電機(jī)的單元與VaconCX相同，其功能：相同的控制面板、I/O連接和電機(jī)控制。

圖3   VaconCXR配置方案和波形圖

　　（3）雙PWM回饋形式二

　　為了解決電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生的再生能量，ABB、西門(mén)子公司已經(jīng)推出了電機(jī)四象限運(yùn)行的雙PWM型電壓源交-直-交變頻器。

　　圖4所示為ABB公司的ACS611系列四象限變頻器示意圖。

圖4   ACS611結(jié)構(gòu)圖

　　1.4.2能量回饋單元

　　能量回饋單元的作用，就是取代原有的能耗電阻式制動(dòng)單元，消除發(fā)熱源，改善現(xiàn)場(chǎng)電氣環(huán)境，可減少高溫對(duì)控制系統(tǒng)等部件的不良影響，延長(zhǎng)了生產(chǎn)設(shè)備的使用壽命。同時(shí)由于能量回饋單元，能有效的將變頻器電容中儲(chǔ)存的電能回送給交流電網(wǎng)，供周邊其他用電設(shè)備使用，則可節(jié)約生產(chǎn)用電，一般節(jié)電率可達(dá)20％～40％左右。

　　能量回饋單元已經(jīng)有非常成熟的產(chǎn)品，如安川公司的VS-656RC5、日本富士公司的RHR系列和FRENIC系列電源再生單元，它把有源逆變單元從變頻器中分離出來(lái)，直接作為變頻器的一個(gè)外圍裝置，可并聯(lián)到變頻器的直流側(cè)，將再生能量回饋到電網(wǎng)中。

　　能量回饋單元是帶有再生功能和制動(dòng)功能的能量回饋單元，與變頻器配合使用，可以發(fā)揮出超群的節(jié)能效果。與制動(dòng)電阻單元相比，VS-656RC5不僅節(jié)省空間，而且其制動(dòng)效果更加明顯。VS-656RC5的典型應(yīng)用是在起重機(jī)、升降機(jī)、電梯、離心機(jī)、卷繞機(jī)等大功率反饋負(fù)載。

　　能量反饋單元具有如下特點(diǎn)：

　　（1）降低運(yùn)行成本，包括減少電能損耗、提高功率因數(shù)、改善電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量等；

　　（2）提高制動(dòng)能力，如果以傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)制動(dòng)電阻器與變頻器的組合，制動(dòng)力矩大約為120%額定力矩/10s，10%ED；而VS-656RC5與變頻器的組合，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩則提高到150%額定轉(zhuǎn)矩/30s或者100%額定轉(zhuǎn)矩/1min（25%ED）或者80%額定轉(zhuǎn)矩/連續(xù)再生。

　　能量回饋單元的接線方法如圖5所示。

圖5   能量回饋單元接線

　　圖5中，電抗器L1的作用是電源協(xié)調(diào)用，而電抗器L2的作用則是電流抑制用。當(dāng)電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)功率方向是從三相電源經(jīng)變頻器的整流橋流出；當(dāng)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，發(fā)電功率方向則是從變頻器的中間回路經(jīng)能量回饋單元流向三相電源。

　　2 能耗制動(dòng)設(shè)計(jì)的基本原則

　　2.1 能耗制動(dòng)的基本計(jì)算公式

　　能耗制動(dòng)中涉及到制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻的選配計(jì)算方法，包括以下幾種：

　　2.1.1制動(dòng)轉(zhuǎn)矩TB的計(jì)算

　　假設(shè)電機(jī)從現(xiàn)在的運(yùn)行速度開(kāi)始制動(dòng)，在一定的減速時(shí)間里，到達(dá)新的一個(gè)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，這樣的一個(gè)制動(dòng)過(guò)程所需的電磁轉(zhuǎn)矩TB可以由以下公式計(jì)算：

       （1）

　　式中，TB為制動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩（Nm）；GD2M為電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（Nm2）；GD2L為電機(jī)負(fù)載側(cè)折算到電機(jī)側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（Nm2）；TL為負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩（Nm）；N1為制動(dòng)前電機(jī)速度（r/min）；N2為制動(dòng)后電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；ts為減速時(shí)間（s）。

　　一般情況下，在進(jìn)行電機(jī)制動(dòng)時(shí)，電機(jī)內(nèi)部存在損耗，折合成制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大約為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的20％，因此若所計(jì)算出的制動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩小于20％的電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，則表明無(wú)需外接制動(dòng)裝置。

　　在能耗制動(dòng)中，要有足夠的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩才能產(chǎn)生需要的制動(dòng)效果，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩太小，變頻器仍然會(huì)過(guò)電壓跳脫。制動(dòng)轉(zhuǎn)矩越大，制動(dòng)能力越強(qiáng)，制動(dòng)性能越好。但是，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求越大，設(shè)備投資也會(huì)越大。在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精確計(jì)算出現(xiàn)困難的時(shí)候，我們還可以進(jìn)行估算來(lái)滿(mǎn)足工程要求。

　　有這樣一些經(jīng)驗(yàn)值：按100%制動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)計(jì)，可以滿(mǎn)足90%以上的負(fù)載；對(duì)電梯，提升機(jī)，吊車(chē)，按100%；開(kāi)卷和卷取設(shè)備，120%計(jì)算；離心機(jī)負(fù)載為100%；需要急速停車(chē)的大慣性負(fù)載，可能需要120%的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；普通慣性負(fù)載80%。在極端的情況下，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以設(shè)計(jì)為150%，此時(shí)對(duì)制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻都必須仔細(xì)核算，因?yàn)榇藭r(shí)設(shè)備可能工作在極限狀態(tài)，一旦計(jì)算錯(cuò)誤可能會(huì)損壞變頻器本身。超過(guò)150%的轉(zhuǎn)矩是沒(méi)有必要的，因?yàn)槌^(guò)這個(gè)數(shù)值，變頻器本身也工作到了極限，沒(méi)有增大的余地了。

　　2.1.2制動(dòng)電阻的阻值計(jì)算

　　制動(dòng)電阻的選擇必須基于這樣一個(gè)原則：電機(jī)再生電能必須被電阻完全吸收。

　　在制動(dòng)單元工作過(guò)程中，直流母線的電壓升降取決于常數(shù)RC，R為制動(dòng)電阻的阻值，C為變頻器的電解電容的容量。由充放電曲線我們知道，RC越小，母線電壓的放電速度越快，在C保持一定（變頻器型號(hào)確定）的情況下，R越小，母線電壓的放電速度越快。由以下公式可以求出制動(dòng)電阻的阻值：

    （Ω）（2）

　　式中，UC為制動(dòng)單元?jiǎng)幼麟妷褐担≈悼梢詤⒄盏诙孪嚓P(guān)內(nèi)容（通常可以取710V）；TM為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩（Nm）。

　　這里，設(shè)定N2為0，這樣該阻值就能滿(mǎn)足電機(jī)各種減速狀況的要求。

　　2.1.3制動(dòng)單元的選擇

　　在進(jìn)行制動(dòng)單元得選擇時(shí)，制動(dòng)單元工作時(shí)流過(guò)開(kāi)關(guān)管的最大瞬時(shí)電流要小于該器件的額定電流是選擇的唯一依據(jù)，通過(guò)計(jì)算出最大電流值，就可以選擇合適的制動(dòng)單元，計(jì)算公式如下：

　　IC=UC/RB (A)

　　式中，UC為制動(dòng)單元直流母線電壓值，在交流380V進(jìn)線電源時(shí)取800V；RB為制動(dòng)電阻阻值（Ω）；IC為制動(dòng)電流瞬時(shí)值（A）。

　　一般變頻器的硬件過(guò)壓保護(hù)值為760V，考慮其動(dòng)作的滯后，將其適當(dāng)加大，但不會(huì)超過(guò)800V，因此在計(jì)算IC時(shí)適當(dāng)加大了UC。

　　2.1.4制動(dòng)電阻的標(biāo)稱(chēng)功率

　　由于制動(dòng)電阻為短時(shí)工作制，即每次通電時(shí)間很短，在通電期間，電阻溫升遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到穩(wěn)定溫升，但瞬時(shí)功率很高；每次通電后的間歇時(shí)間較長(zhǎng)，在該段時(shí)間內(nèi)其溫度在不斷下降，如此循環(huán)往復(fù)，最終電阻達(dá)到一定的穩(wěn)定溫升，一般有80～100度。因此根據(jù)電阻的特性和技術(shù)指標(biāo)，我們知道電阻的標(biāo)稱(chēng)功率（即額定功率）將小于通電時(shí)的消耗功率，一般可以由下式求得：

    （3）

　　式中，PR為制動(dòng)電阻的標(biāo)稱(chēng)功率或額定功率（W）；PS為制動(dòng)期間的平均消耗功率（W）；ED%為制動(dòng)使用率，這里選擇10％；a為制動(dòng)電阻降額系數(shù)，一般選1.5～2，該值可以由電阻的降額曲線查得。

　　PS可由以下公式求得：
 
    （4）

　　這里必須指出，制動(dòng)使用率是根據(jù)負(fù)載的實(shí)際情況選定的，不同的工藝條件，ED％就不一樣。圖6為制動(dòng)使用率的示意。

圖6   制動(dòng)使用率

　　這里以典型的升速、保持、降速為一個(gè)過(guò)程，從前一次減速制動(dòng)到現(xiàn)在的減速制動(dòng)為一個(gè)周期Tc，減速時(shí)間即制動(dòng)時(shí)間為T(mén)b，則制動(dòng)使用率就是由以下公式計(jì)算：

　　ED%=（Tb/Tc）×100％

　　一般而言，ED%取值根據(jù)負(fù)載的實(shí)際制動(dòng)特性，當(dāng)然也可以由下面的經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行估算：

　　電梯ED%=10-15%

　　油田磕頭機(jī)ED%=10-20%

　　開(kāi)卷和卷取ED%=50-60%（最好按系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)核算）

　　離心機(jī)ED%=5-20%

　　下放高度超過(guò)100米的吊車(chē)ED%=20-40%

　　偶然制動(dòng)的負(fù)載ED%=5%

　　其他ED%=10%

　　以上所講的都是電機(jī)處于重復(fù)減速的周期制動(dòng)情況，如果屬于非重復(fù)減速，其制動(dòng)電阻的額定功率選擇是不同的。另外，如果強(qiáng)迫風(fēng)冷代替自然冷卻，電阻的額定功率可以進(jìn)一步減小。總之一句話，制動(dòng)電阻的額定功率的計(jì)算基準(zhǔn)是：電機(jī)再生電能必須能被電阻完全吸收并變?yōu)闊崮茚尫拧?BR>
　　確定了阻值和功率就可以基本確定制動(dòng)電阻的參數(shù)，同時(shí)在制作方式上應(yīng)采用雙線并繞的無(wú)感電阻，當(dāng)然也可用普通的箱式電阻，但需在電阻兩端并接一只續(xù)流二極管，可使用快恢復(fù)二極管，耐壓1000V以上。

　　2.2 能耗制動(dòng)的基本應(yīng)用方案

　　能耗制動(dòng)的基本應(yīng)用就是變頻器、制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，且是一一對(duì)應(yīng)的。由于制動(dòng)單元一般具有通用性，制動(dòng)電阻又可以功率和阻值自由選配，所以一對(duì)一的單機(jī)應(yīng)用型能耗制動(dòng)方案對(duì)品牌并無(wú)特殊要求。

　　能耗制動(dòng)的基本應(yīng)用方案一般都以下三種：

　　2.2.1無(wú)保護(hù)型

　　圖7所示就是適用于用戶(hù)選用的普通制動(dòng)電阻。只要確保制動(dòng)電阻的功率和散熱條件良好，并不至于發(fā)生火災(zāi)隱患的情況下，就可以選用無(wú)保護(hù)型接線。

圖7   無(wú)保護(hù)型制動(dòng)單元配線

　　圖7中，制動(dòng)單元以艾默生TDB系列為例，其端子說(shuō)明如下：P為直流母線正端，N為直流母線負(fù)端，可以輸入的電壓規(guī)格為DC600V/40A；PB為制動(dòng)電阻的一端，另外一端為P，接輸出制動(dòng)電阻；G為制動(dòng)單元接地；TA/TB/TC為故障繼電器的公共點(diǎn)、常閉點(diǎn)和常開(kāi)點(diǎn)，可以接交流220V/10A或直流30V/1A以下的控制回路。

　　2.2.2接觸器保護(hù)型
　
　　圖8的接線就是通過(guò)進(jìn)線接觸器來(lái)保證變頻器與制動(dòng)單元的電氣安全，也就是說(shuō)當(dāng)制動(dòng)單元發(fā)生故障（TA/TB動(dòng)作）或者制動(dòng)電阻熱保護(hù)（TH1/TH2動(dòng)作），立即切斷接觸器KM，變頻器和制動(dòng)單元就處于安全保護(hù)狀態(tài)。

　　采用接觸器保護(hù)型的接線方式必須確保制動(dòng)單元的動(dòng)作觸點(diǎn)和制動(dòng)電阻的熱觸點(diǎn)處于有效的狀態(tài)內(nèi)，否則容易導(dǎo)致接觸器不動(dòng)作或頻繁動(dòng)作，反而造成系統(tǒng)損壞。

圖8   保護(hù)型制動(dòng)單元配線

　　2.2.3控制端子保護(hù)型

　　圖9的接線就是通過(guò)定義控制端子為變頻器的保護(hù)功能時(shí)封鎖變頻器的電壓輸出，也就是說(shuō)當(dāng)制動(dòng)單元發(fā)生故障（TA/TB動(dòng)作）或者制動(dòng)電阻熱保護(hù)（TH1/TH2動(dòng)作），變頻器的控制端子X(jué)1就處于有效接通的狀態(tài)，變頻器就認(rèn)為外部設(shè)備故障，顯示故障報(bào)警代碼并停止輸出。這種功能是利用變頻器特有的對(duì)輸入外部設(shè)備的故障監(jiān)視功能。

圖9   控制端子保護(hù)型制動(dòng)單元配線

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