变频器的综合应用（六）
AC Inverter System’s Complex Application
李方园
第6讲_ 变频调速系统的制动设计（-2）
1 引言
在本节中，主要阐述的是变频器的制动设计，阐述了能耗制动、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。
2制动的基本概念
2.1制动问题的提出
通用变频器大都为电压型交-直-交变频器，从第一章的基本结构图中可以知道三相交流电首先通过二极管不控整流桥得到脉动直流电，再经电解电容滤波稳压，最后经无源逆变输出电压、频率可调的交流电给电动机供电。这类变频器功率因数高、效率高、精度高、调速范围宽，所以在工业中获得广泛应用。
一般而言，负载的能量可以分为动能和势能两种。动能（由负载的速度和重量确定其大小）随着物体的运动而累积，当动能减为零时，该事物就处在停止状态。机械抱闸装置的方法是用制动装置把物体动能转换为摩擦和能消耗掉。对于变频器，如果输出频率降低，电机转速将跟随频率同样降低，这时会产生制动过程，由制动产生的功率将返回到变频器侧，由于二极管不控整流器能量传输不可逆，产生的再生电能传输到直流侧滤波电容上，产生泵升电压；而以GTR、IGBT为代表的全控型器件耐压较低，过高的泵升电压有可能损坏开关器件、电解电容，甚至会破坏电机的绝缘，从而威胁系统安全工作，这就限制了通用变频器的应用范围。因此，必须将这些功率消耗掉，如可以用电阻发热消耗。在用于提升类负载时，如负载下降，能量（势能）也要返回到变频器（或电源）侧，这种操作方法被称作“再生制动”。
如果在负载减速期间或者长期被倒拖时，由电机侧流到变频器直流母线侧产生的功率如果不通过热消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到变频器电源侧或者通过直流母线并联的方式由其他电动状态的电机消耗的方法叫做回馈制动。显然，如需要将能量直接返回到电源侧还需要一种特殊的装置，即能量回馈单元。
总而言之，为了改善制动能力，不能单纯期望靠增加变频器的容量来解决问题，而必须采用处理再生能量的方法：电阻能耗制动和回馈制动。
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）。
2.2 电阻能耗制动的工作方式
电阻能耗制动采用的方法就是制动单元和制动电阻二部分。
即通过内置或外加制动电阻的方法将电能消耗在大功率电阻器中，实现电机的四象限运行，该方法虽然简单，但有如下严重缺点：
(1)浪费能量，降低了系统的效率。(2)电阻发热严重，影响系统的其他部分正常工作。(3)简单的能耗制动有时不能及时抑制快速制动产生的泵升电压，限制了制动性能的提高(制动转矩大，调速范围宽，动态性能好)。
2.3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。
2.3.1 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。
图1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VF1上。
图1_ 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。