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2、技术性能
制动方式 自动电压跟踪方式
反映时间 1ms以下有多种噪声
电网电压 300-460V，45-66Hz
动作电压 700V直流，误差2V
滞环电压 20V
制动力巨 通常130% ,最大150%
保护 过热，过电流，短路
滤波器 有噪声滤波器
防护等级 IPOO

3、制动电阻计算方法:
制动力矩 制动电阻
92% R=780/电动机KW
100% R=700/电动机KW
110% R=650/电动机KW
120% R=600/电动机KW
注：①电阻值越小，制动力矩越大，流过制动单元的电流越大;②不可以使制动单元的工作电流大于其允许最大电流，否则要损坏器件;③制动时间可人为选择;④小容量变频器(≤7.5KW)一般是内接制动单元和制动电阻的;⑤当在快速制动出现过电压时,说明电阻值过大来不及放电，应减少电阻值.

4、电阻功率计算方法:
制动性质 电阻功率
一般负荷 W(Kw)=电阻KWΧ10℅
频繁制动（1分钟5次以上） W(Kw)=电阻KWΧ15℅
长时间制动（每次4分钟以上） W(Kw)=电阻KWΧ20℅

5、制动电路:
对低压变频器来说其主电路模式几乎是统一的电压型，交--直--交电路，它由三相桥式整流，即AC/DC，滤波电路的电容器C1及C2，制动电路由晶体管T及电阻R8和二级管Z组成的主控电路，三相式逆变IGBT组成为DC/AC，

6、驱动电路介绍
A大功率T：可用GTR或IGBT均可，其主要参数选择如下
击穿电压UCEO=1000V即可
集电极最大电流:按正常电压下，流经RB的电流二倍，即ICM≥2ΧUD/R
其它参数如放大倍数，开关时间等军无严格要求.
B驱动电路—可用集成电路组成亦为可用分立元件组成图1，图中VD5-VD8上的电压将为GTR提供反向偏置，工作过程是，当光藕VL得到信号而导通时，则V1导通且饱和，V2随即导通V3截止，使GTR导通，既有制动电阻流经RB，当VL失去信号而截止时，V1截止，随即V2截止，V3导通，GTR因反向偏而截止，这样多次反复将动能变电能，消耗在制动电阻RB上，以发热方式损耗.
C、工作信号的取出:
一般均取直流电压作信号图2。当UD超过限值（如700V）时，比较器的输出为“+”，则光藕VL输出信号电流，再推动驱动电路,实现能耗制动工作状态，当如UD如608V)下限值时,比较器的输出为“一”，则光藕VL输出无电流，这时驱动电路不工作，处于不制动工作状态
D 、保护电路---电阻RB的标称功率比实际消耗的电功率小得多，因此电阻若通过电时间过长，必导致过热损坏，所以要有热保护，其方法有用热继电器，热敏电阻，温度开关等.
7 、主要应用场合
能耗制动的不足，是在制动过程中，随着电动机转速的下降，拖动系统动能也在减少，于是电动机的再生能力和制动转矩也在减少，所以在惯性较大的拖动系统中，常会出现在低速时停不住，而产生“爬行”现象，从而影响停车时间的延长或停位的准确性.仅适用一般负载的停车，但有较大能量损耗，停位不准确，然而电路简单，价格较低.

II、直流制动（又称DC制动）:

1 、直流制动概况
在步电动机定子加直流电压，此时变频器的输出频率为零，这时定子产生静止的恒定磁场，转动着的转子切割此磁场产生制动力矩，迫使电动机转子较快的停止，这样电动机存诸的动能换成电能消耗于步电动机的转子电路中.

2、主要应用场合
A、需要准确停车的场合
B、用语阻止起动电动机由于外因引起的不规则自动旋转，例：风机，由于风管的拨风造成压差，而迫使风叶的自由旋转，甚至可能反转，故起动变频器前，先要保证拖动系统从零速开始起动，即先实施直流制动，到领速后方可起动的条件，尤其对中大型风机更为严重必要。

3、直流制动三个要素：
A、 直流制动电压值，实质是在设定制动转矩的大小，显然拖动系统惯性越大，UDB值该相应大些，一般直流电压在15-20%左右的变频器额定输出电压约为60-80V，有的用制动电流的百分值，当然额定值的，二者都可人为选择的。
B、 直流制动时间TDB, 即是向定子绕组通入直流电流的时间，它应比实际需要的停机时间略长一些，亦可人为选择的。
C、 直流制动起始频率fDB，当变频器的工作频率下降到多大时开始由能耗制动转为直流制动，这与负载对制动时间的要求有关，若并无严格要求情况下，fDB尽可能设定得小一些，具体图3。
D、 制动全过程中可把高速段采用能耗制动，低速段采用直流制动，二者配合使用，这样既能快速成制动，又可准确停车，并防止低速爬行现象。

4、定子绕组通入直流电流的方式：
       一般有A、定子三相绕组中通入直流电流图4，这时6个IGBT中只要三个处于工作状态，且这3个应位于不同桥臂不同侧。即不能均为上管或下管，其余3个一直处于关断状态。触发信号的占空比可以根据调制度进行调节。B、定子二相绕组中通入直流电流图5，这时只有2个位于不同桥臂不同侧的IGBT处于工作状态，其余都有处于关断状态。
       不论上述何种电路都存在当定子绕组中通入直流电电流的方向同定子原来的电流向相反，导致发生较大的第di/dt, 这时可能产生冲击电流，出现过流保护跳闸现象，解决方法是使通入前的电压相位角要记下，通过软件方法，使通入电流前、后的电流方向的一致，这是必须的。

5、一般变频器使用直流制动后，当工作完成即不再向定子绕组通直流电就完事了，没有去剩磁控制环节，但2003年西德引进的高档变频器Tiger Power TP2200系列，有退去剩磁控制环节，以免在正常逆变器工作时，对电动机运行时，因剩磁作用，产生不良的影响，这在国外是先例，国内尚无的。

Ⅲ、回馈（再生）制动：

1、 回馈制动概况：
当电动机功率较大（≥100KW以上），设备转动惯性GD2较大，且是反复短时连续工作制从高速到低速的降速幅度较大，且制动时间亦较短，在这样使用过程中，为减少制动过程的能量损耗，将动能变为电能回馈到电网去，以达到节能功效，只要使用能量回馈制动装置就可。

2、回馈制动条件：
A、 电动机从高速fH到低速fL减速过程时，频率可突减，但因电动机的机械惯性影响使转差S，电动机处于发电状态，这时的反电势E>U（端电压）。
B、 从电动机在某一个fN运行,需要停车至fN=0,在这个过程电动机同样出现发电运行状态,这进反动势E>U端电压.
C、 位能(或势能)负载,如起重机吊了重物下降时,出现实际转速n>n0同步转速,这时也出现电动机发电运行状态,当然E>U是必然的.

3、回馈制动原理：
众所周知,一般通用变压器其桥式整流电路是三相不可控的即AC/DC,因此无法实现直流回路与电源间双向能量传递,一种最有效的办法是采用有源逆变技术见图6, 即将再生电能逆变为与电网同频率,同相位的交流电回送电网见图7,从而实现制动,从图7可知它采用了电流追踪型PWM整流器组成方式,这样应容易实现功率的双向流动,且具有很快的动态响应速度,同时这样的拓补结构使得我们能够完全能够完全控制交流电侧和直流侧之间的无功和有功的交换,且效率可高达97%,经济效益较大,热损耗为能耗制动的1%,现时不污染电网,所以特别适用于需要频繁制动的场合,电动机的功率亦较大,这时节电效果明显,按运行的工况条件不同平均约有20%的省电效果.

4、技术性能:
制动方式 双向自动电压跟踪控制方式
反应时间 1ms以下,有多重噪声过滤
允许电网电压 300-460VAC      45-66Hz
动作电压 700V DC      误差2V
滞环电压 20V
制动力矩 150%
回馈方式 正弦波电流方式
电流畸度 5%以下
内置电抗器 有
内置噪声滤波 有
设计工作制 长期
保护 过热 过电流      短路
防护等级 IP00

5、回馈制动特点:
D、 可广泛应用于PWM交流传动的能量回馈制动场合的节能运行需要.
E、 回馈效率高可达97%,热损小,仅为能耗制动的1%.
F、 功率因素≈1.
G、 高次谐波电流较小,对电网的污染较小,具有绿色环保的美称.
H、 节省投资,易于控制电源侧的谐波和无功分量.
I、 在多电机传动中,每一单机的再生能量可以等到充分利用.
J、 具有较大的节电效果(与电动机的功率大小,及运行工况状况等有关).

6、主要应用场合:
能量回馈装置系统具有的优越性,远胜过能耗制动和直流制动,所以近年来不少使用单位结合使用设备的特点,纷纷提出要求配备能量回馈装置的要求,国外也仅有ABB、西门子、富士、安川、芬兰Vacon等少数不多的公司能提供产品,国内几乎空白,而深圳加能电子公司采用加拿大技术,近年来生产的专门从事变频制动装置制造各应用,还有深圳英威腾电气有限公司亦生产能耗制动及回馈制动,这样为广大用户提供极大的使用方便,具体用在以下行业的设备上,在使用中更为迫切.例如”
A、制药厂内的葡萄糖结晶用的高速分离机.
B、民用食糖----砂糖结晶用的高速分离机.
C、涂料厂用的涂料混合机、搅拌机.
D、塑料厂用的染色机、配料机、混合机.
E、 洗涤厂用的中大型清洗机、脱水机、甩干机.
F、 酒店、宾馆、洗衣店用的洗衣、床单等清洗机.
G、 各专业离心机械厂中的高速离心机、分离机.
H、 各种倾倒设备如转炉、钢水包等.
I、 起重机械如桥式.塔式.门吊起重主吊钩,当重物下降时的运转状态/
J、 一切高承载的输送带
K、 矿井中的吊笼(载人或装料),斜井矿车.
L、 各种闸门的启用装置.
M、 造纸的纸辊电机、化纤机械的牵伸机.

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不少的生产机械在运行过程中需要快速地减速或停车，而有些设备在生产中要求保持若干台设备前后一定的转速差或者拉伸率，这时就会产生发电制动的问题，使电机运行在第二或第四象限。然而在实际应用中，由于大多通用变频器都采用电压源的控制方式，其中间直流环节有大电容钳制着电压，使之不能迅速反向，另外交直回路又通常采用不可控整流桥，不能使电流反向，因此要实现回馈制动和四象限运行就比较困难。

图一 变频器调速系统的二种运行状态
图一所示为变频器调速系统的二种运行状态，即电动和发电。在变频调速系统中，电机的降速和停机是通过逐渐减小频率来实现的，在频率减小的瞬间，电机的同步转速随之下降，而由于机械惯性的原因，电机的转子转速未变。当同步转速w1小于转子转速w时，转子电流的相位几乎改变了180度，电机从电动状态变为发电状态；与此同时，电机轴上的转矩变成了制动转矩Te，使电机的转速迅速下降，电机处于再生制动状态。电机再生的电能P经续流二极管全波整流后反馈到直流电路。由于直流电路的电能无法通过整流桥回馈到电网，仅靠变频器本身的电容吸收，虽然其他部分能消耗电能，但电容仍有短时间的电荷堆积，形成“泵升电压”，使直流电压Ud升高。过高的直流电压将使各部分器件受到损害。

因此，对于负载处于发电制动状态中必须采取必需的措施处理这部分再生能量。本文阐述的就是处理再生能量的方法：能耗制动和回馈制动。


2 能耗制动的工作方式
能耗制动采用的方法是在变频器直流侧加放电电阻单元组件，将再生电能消耗在功率电阻上来实现制动（如图二所示）。这是一种处理再生能量的最直接的办法，它是将再生能量通过专门的能耗制动电路消耗在电阻上，转化为热能，因此又被称为“电阻制动”，它包括制动单元和制动电阻二部分。

2.1 制动单元
制动单元的功能是当直流回路的电压Ud超过规定的限值时（如660V或710V），接通耗能电路，使直流回路通过制动电阻后以热能方式释放能量。制动单元可分内置式和外置式二种，前者是适用于小功率的通用变频器，后者则是适用于大功率变频器或是对制动有特殊要求的工况中。从原理上讲，二者并无区别，都是作为接通制动电阻的“开关”，它包括功率管、电压采样比较电路和驱动电路。

2.2 制动电阻
制动电阻是用于将电机的再生能量以热能方式消耗的载体，它包括电阻阻值和功率容量两个重要的参数。通常在工程上选用较多的是波纹电阻和铝合金电阻两种：前者采用表面立式波纹有利于散热减低寄生电感量，并选用高阻燃无机涂层，有效保护电阻丝不被老化，延长使用寿命；后者电阻器耐气候性、耐震动性，优于传统瓷骨架电阻器，广泛应用于高要求恶劣工控环境使用，易紧密安装、易附加散热器，外型美观。

2.3 制动过程
能耗制动的过程如下：A、当电机在外力作用下减速、反转时（包括被拖动），电机即以发电状态运行，能量反馈回直流回路，使母线电压升高；B、当直流电压到达制动单元开的状态时，制动单元的功率管导通，电流流过制动电阻；C、制动电阻消耗电能为热能，电机的转速降低，母线电压也降低；D、母线电压降至制动单元要关断的值，制动单元的功率管截止，制动电阻无电流流过；E、采样母线电压值，制动单元重复ON/OFF过程，平衡母线电压，使系统正常运行。

2.4 安装要求
制动单元与变频器之间，以及制动单元与电阻之间的配线距离要尽可能短（线长在2m以下），导线要足够粗；
制动单元在工作时，电阻将大量发热，应此要充分注意散热，并使用耐热导线，导线请勿触及电阻器；
放电功率电阻应使用绝缘挡片固定牢固，安装位置要确保良好散热，建议电阻器安装在电控柜顶部。

2.5 制动单元与制动电阻的选配
A、首先估算出制动转矩

一般情况下，在进行电机制动时，电机内部存在一定的损耗，约为额定转矩的18%-22%左右，因此计算出的结果在小于此范围的话就无需接制动装置；
B、接着计算制动电阻的阻值

在制动单元工作过程中，直流母线的电压的升降取决于常数RC，R即为制动电阻的阻值，C为变频器内部电解电容的容量。这里制动 单元动作电压值一般为710V。
C、然后进行制动单元的选择
在进行制动单元的选择时，制动单元的工作最大电流是选择的唯一依据，其计算公式如下：

D、最后计算制动电阻的标称功率
由于制动电阻为短时工作制，因此根据电阻的特性和技术指标，我们知道电阻的标称功率将小于通电时的消耗功率，一般可用下式求得：
制动电阻标称功率 = 制动电阻降额系数 X 制动期间平均消耗功率 X 制动使用率%

2.6 制动特点
能耗制动（电阻制动）的优点是构造简单，缺点是运行效率降低，特别是在频繁制动时将要消耗大量的能量，且制动电阻的容量将增大。

图二 能耗制动和制动单元、制动电阻的连接方式

3 共用直流母线方式的回馈制动
对于频繁启动、制动，或是四象限运行的电机而言，如何处理制动过程不仅影响系统的动态响应，而且还有经济效益的问题。于是，回馈制动成为人们讨论的焦点，然而在目前大部分的通用变频器还不能通过单独的一台变频器来实现再生能量的情况下，如何用最简单的办法来实现回馈制动呢？

为解决以上问题，这里介绍了一种共用直流母线方式的再生能量回馈系统，通过这种方式，它可以将制动产生的再生能量进行充分利用，从而起到既节约电能又处理再生电能的功效。

3.1 工作原理
我们知道通常意义上的异步电机多传动包括整流桥、直流母线供电回路、若干个逆变器，其中电机需要的能量是以直流方式通过PWM逆变器输出。在多传动方式下，制动时感生能量就反馈到直流回路。通过直流回路，这部分反馈能量就可以消耗在其他处在电动状态的电机上，制动要求特别高时，只需要在共用母线上并上一个共用制动单元即可。

在实际的应用中，多传动的系统造价高、品牌少，也往往使用在钢铁、造纸等高端市场。以此参照到众多的制动小系统应用，也不失为一种效率好、节能高的制动方式。

图三接线是典型的共用直流母线的制动方式，M1是处于电动状态，M2经常处于发电状态，三相交流电源380V接到

图三 共用直流母线的回馈制动方式

处于电动状态的电机M1上的变频器VF1端，而VF2则通过共用直流母线方式与VF1的母线相连。在此种方式下，VF2仅做为逆变器在使用，M2处于电动时，所需能量由交流电网通过VF1的整流桥获得；M2处于发电时，反馈能量通过直流母线由M2的电动状态消耗。

3.2 应用范围
共用直流母线的制动方式可典型应用于造纸机械、印刷机械、离心分离机以及系统驱动等。在这些应用中，有一个共同的特点：即处于发电状态的M2的容量远远小于处于电动状态的M1的容量，而且当M1的电动状态停止时（即变频器VF1待机），M2的发电状态随即转为电动状态。这样，直流母线电压就不会快速升高，系统始终处于比较稳定的状态。

这里以离心机为例进行应用说明。过滤式螺旋卸料离心机，在全速下连续进料、连续卸料，自动完成进料、分离、洗涤、卸料等工序。离心机的核心是过滤型转鼓，利用主机和副机的差转速来控制卸料速度，并实现无人安全操作。在处理过程中，主机始终处于电动状态，而副机则由于转速差的作用，基本上处于发电状态。主机和副机功率通常为22KW和5.5KW、30KW和7.5KW、45KW和11KW等4:1匹配，符合本节阐述的工作方式。为考虑到副机供电也是由主机变频器的整流桥提供，因此必须考虑到VF1的整流桥的额定电流（不同的变频器厂商其整流桥规格不一样），以此来决定VF1的选型。VF2的选型必须考虑到能够屏蔽输入缺相功能的变频器。应用本制动方式后，离心机不仅效率提高，而且节能效果好、运行平稳、维护简单。

3.3 制动特点
采用共用直流母线的制动方式，具有以下显著的特点：
a. 共用直流母线和共用制动单元，可以大大减少整流器和制动单元的重复配置，结构简单合理，经济可靠。
b. 共用直流母线的中间直流电压恒定，电容并联储能容量大；
c. 各电动机工作在不同状态下，能量回馈互补，优化了系统的动态特性；
d. 提高系统功率因数，降低电网谐波电流，提高系统用电效率。


4 回馈到交流电网的制动方式
在生产工况中，我们往往又会碰到另外一个问题：如何真正实现从电机到直流母线、再从直流母线到交流电网的能量回馈呢？由于通用变频器一般采用不可控整流桥，因此必须采取其他的控制方式来实现。

4.1 工作原理
要实现直流回路与电源间的双向能量传递，一种最有效的办法就是采用有源逆变技术：即将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动。图四所示为回馈电网制动原理图，它采用了电流追踪型PWM整流器，这样就容易实现功率的双向流动，且具有很快的动态响应速度。同时，这样的拓扑结构使得我们能够完全控制交流侧和直流侧之间的无功和有功的交换。

图四 回馈电网制动原理图

4.2 制动特点
? 广泛应用于PWM交流传动的能量回馈制动场合，节能运行效率高；
? 不产生任何异常的高次谐波电流成分，绿色环保；
? 功率因数≈1；
? 多电机传动系统中，每一单机的再生能量可以得到充分利用；
? 节省投资，易于控制网侧谐波和无功分量；


5 结束语
通用电压型变频器只能运行于一、三象限即电动状态，因此在以下应用场合，用户必须考虑配套使用制动方式：电机拖动大惯量负载（如离心机、龙门刨、巷道车、行车的大小车等）并要求急剧减速或停车；电机拖动位能负载（如电梯，起重机，矿井提升机等）；电机经常处于被拖动状态（如离心机副机、造纸机导纸辊电机、化纤机械牵伸机等）。以上几类负载的共同特点，要求电机不仅运行于电动状态（一、三象限），而且要运行于发电制动状态（二、四象限）。为使系统在发电制动状态能正常工作，必须采取适当的制动方式。本文试图从工程的角度论述了能耗制动、回馈到共用直流母线方式的制动、回馈到交流电网的制动共3种典型制动方式的工作原理，以及应用范围和优缺点